socket编程原理 [精华]
新客网 XKER.COM 2008-04-18 来源：chinaunix lhp1210 收藏本文
accept()的调用格式如下：
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);
参数s为本地套接字描述符，在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。
accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初始值为空的地址结构，而addrlen 的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。
有关accept()的详细描述参看5.2.1。
四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用bind()；钥纪纪户方，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。
以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之前，必须建立完整的相关。
3.4 监听连接──listen()
此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用，其调用格式如下：
int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。
调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字，且调用bind()给s赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。
有关listen()的详细描述参看5.2.13。
2.3节中提到钥纪纪户/服务器模式中，有两种类型的服务：重复服务和并发服务。accept()调用为实现并发服务提供了极大方便，因为它要返回一个新的套接字号，其典型结构为：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....)) < 0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....) < 0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid , 5) < 0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
if (fork() == 0){ /* 子进程 */
closesocket(initsockid);
do(newsockid); /* 处理请求 */
exit(0);
}
closesocket(newsockid); /* 父进程 */
}
这段程序执行的结果是newsockid与客户的套接字建立相关，子进程启动后，关闭继承下来的主服务器的initsockid,并利用新的newsockid与客户通信。主服务器的initsockid可继续等待新的客户连接请求。由于在Unix等抢先多任务系统中，在系统调度下，多个进程可以同时进行。因此，使用并发服务器可以使服务器进程在同一时间可以有多个子进程和不同的客户程序连接、通信。钥纪纪户程序看来，服务器可以同时并发地处理多个客户的请求，这就是并发服务器名称的来由。
面向连接服务器也可以是重复服务器，其结构如下：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....))<0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....)<0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid,5)<0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
do(newsockid); /* 处理请求 */
closesocket(newsockid);
}
重复服务器在一个时间只能和一个客户程序建立连接，它对多个客户程序的处理是采用循环的方式重复进行，因此叫重复服务器。并发服务器和重复服务器各有利弊：并发服务器可以改善客户程序的响应速度，但它增加了系统调度的开销；重复服务器正好与其相反，因此用户在决定是使用并发服务器还是重复服务器时，要根据应用的实际情考网考网来定。
3.5 数据传输──send()与recv()
当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。
send()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：
int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);
参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。
有关send()的详细描述参看5.2.19。
recv()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：
int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);
参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
有关recv()的详细描述参看5.2.16。
3.6 输入/输出多路复用──select()
select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：
int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。
参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间，如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。
有关select()的详细描述参看5.2.18。
3.7 关闭套接字──closesocket()
closesocket()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下：
BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);
参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。
有关closesocket()的详细描述参看5.2.3。
2.4 典型套接字调用过程举例
如前所述，TCP/IP协议的应用一般采用客户/服务器模式，因此在实际应用中，必须有客户和服务器两个进程，并且首先启动服务器，其系统调用时序图如下。
面向连接的协议（如TCP）的套接字系统调用如图2.1所示：
服务器必须首先启动，直到它执行完accept()调用，进入等待状态后，方能接收客户请求。假如客户在此前启动，则connect()将返回出错代码，连接不成功。
图2.1 面向连接的套接字系统调用时序图
无连接协议的套接字调用如图2.2所示：
图2.2 无连接协议的套接字调用时序图
无连接服务器也必须先启动，否则客户请求传不到服务进程。无连接客户不调用connect()。因此在数据发送之前，客户与服务器之间尚未建立完全相关，但各自通过socket()和bind()建立了半相关。发送数据时，发送方除指定本地套接字号外，还需指定接收方套接字号，从而在数据收发过程中动态地建立了全相关。
实例
本实例使用面向连接协议的客户/服务器模式，其流程如图2.3所示：
图2.3 面向连接的应用程序流程图
服务器方程序：
/* File Name: streams.c */
#include
#include
#define TRUE 1
/* 这个程序建立一个套接字，然后开始无限循环；每当它通过循环接收到一个连接，则打印出一个信息。当连接断开，或接收到终止信息，则此连接结束，程序再接收一个新的连接。命令行的格式是：streams */
main( )
{
int sock, length;
struct sockaddr_in server;
struct sockaddr tcpaddr;
int msgsock;
char buf[1024];
int rval, len;
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用任意端口命名套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = INADDR_ANY;
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“binding stream socket”);
exit(1);
}
/* 找出指定的端口号并打印出来 */
length = sizeof(server);
if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&server, &length) < 0) {
perror(“getting socket name”);
exit(1);
}
printf(“socket port #%d\n”, ntohs(server.sin_port));
/* 开始接收连接 */
listen(sock, 5);
len = sizeof(struct sockaddr);
do {
msgsock = accept(sock, (struct sockaddr *)&tcpaddr, (int *)&len);
if (msgsock == -1)
perror(“accept”);
else do{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if ((rval = recv(msgsock, buf, 1024)) < 0)
perror(“reading stream message”);
if (rval == 0)
printf(“ending connection \n”);
else
printf(“-->;%s\n”, buf);
}while (rval != 0);
closesocket(msgsock);
} while (TRUE);
/* 因为这个程序已经有了一个无限循环，所以套接字“sock”从来不显式关闭。然而，当进程被杀死或正常终止时，所有套接字都将自动地被关闭。*/
exit(0);
}
客户方程序：
/* File Name: streamc.c */
#include
#include
#define DATA “half a league, half a league ...”
/* 这个程序建立套接字，然后与命令行给出的套接字连接；连接结束时，在连接上发送
一个消息，然后关闭套接字。命令行的格式是：streamc 主机名 端口号
端口号要与服务器程序的端口号相同 */
main(argc, argv)
int argc;
char *argv[ ];
{
int sock;
struct sockaddr_in server;
struct hostent *hp, *gethostbyname( );
char buf[1024];
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用命令行中指定的名字连接套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
hp = gethostbyname(argv[1]);
if (hp == 0) {
fprintf(stderr, “%s: unknown host \n”, argv[1]);
exit(2);
}
memcpy((char*)&server.sin_addr, (char*)hp->;h_addr, hp->;h_length);
sever.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“connecting stream socket”);
exit(3);
}
if (send(sock, DATA, sizeof(DATA)) < 0)
perror(“sending on stream socket”);
closesocket(sock);
exit(0);
}
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);
参数s为本地套接字描述符，在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。
accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初始值为空的地址结构，而addrlen 的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。
有关accept()的详细描述参看5.2.1。
四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用bind()；钥纪纪户方，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。
以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之前，必须建立完整的相关。
3.4 监听连接──listen()
此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用，其调用格式如下：
int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。
调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字，且调用bind()给s赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。
有关listen()的详细描述参看5.2.13。
2.3节中提到钥纪纪户/服务器模式中，有两种类型的服务：重复服务和并发服务。accept()调用为实现并发服务提供了极大方便，因为它要返回一个新的套接字号，其典型结构为：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....)) < 0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....) < 0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid , 5) < 0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
if (fork() == 0){ /* 子进程 */
closesocket(initsockid);
do(newsockid); /* 处理请求 */
exit(0);
}
closesocket(newsockid); /* 父进程 */
}
这段程序执行的结果是newsockid与客户的套接字建立相关，子进程启动后，关闭继承下来的主服务器的initsockid,并利用新的newsockid与客户通信。主服务器的initsockid可继续等待新的客户连接请求。由于在Unix等抢先多任务系统中，在系统调度下，多个进程可以同时进行。因此，使用并发服务器可以使服务器进程在同一时间可以有多个子进程和不同的客户程序连接、通信。钥纪纪户程序看来，服务器可以同时并发地处理多个客户的请求，这就是并发服务器名称的来由。
面向连接服务器也可以是重复服务器，其结构如下：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....))<0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....)<0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid,5)<0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
do(newsockid); /* 处理请求 */
closesocket(newsockid);
}
重复服务器在一个时间只能和一个客户程序建立连接，它对多个客户程序的处理是采用循环的方式重复进行，因此叫重复服务器。并发服务器和重复服务器各有利弊：并发服务器可以改善客户程序的响应速度，但它增加了系统调度的开销；重复服务器正好与其相反，因此用户在决定是使用并发服务器还是重复服务器时，要根据应用的实际情考网考网来定。
3.5 数据传输──send()与recv()
当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。
send()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：
int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);
参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。
有关send()的详细描述参看5.2.19。
recv()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：
int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);
参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
有关recv()的详细描述参看5.2.16。
3.6 输入/输出多路复用──select()
select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：
int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。
参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间，如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。
有关select()的详细描述参看5.2.18。
3.7 关闭套接字──closesocket()
closesocket()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下：
BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);
参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。
有关closesocket()的详细描述参看5.2.3。
2.4 典型套接字调用过程举例
如前所述，TCP/IP协议的应用一般采用客户/服务器模式，因此在实际应用中，必须有客户和服务器两个进程，并且首先启动服务器，其系统调用时序图如下。
面向连接的协议（如TCP）的套接字系统调用如图2.1所示：
服务器必须首先启动，直到它执行完accept()调用，进入等待状态后，方能接收客户请求。假如客户在此前启动，则connect()将返回出错代码，连接不成功。
图2.1 面向连接的套接字系统调用时序图
无连接协议的套接字调用如图2.2所示：
图2.2 无连接协议的套接字调用时序图
无连接服务器也必须先启动，否则客户请求传不到服务进程。无连接客户不调用connect()。因此在数据发送之前，客户与服务器之间尚未建立完全相关，但各自通过socket()和bind()建立了半相关。发送数据时，发送方除指定本地套接字号外，还需指定接收方套接字号，从而在数据收发过程中动态地建立了全相关。
实例
本实例使用面向连接协议的客户/服务器模式，其流程如图2.3所示：
图2.3 面向连接的应用程序流程图
服务器方程序：
/* File Name: streams.c */
#include
#include
#define TRUE 1
/* 这个程序建立一个套接字，然后开始无限循环；每当它通过循环接收到一个连接，则打印出一个信息。当连接断开，或接收到终止信息，则此连接结束，程序再接收一个新的连接。命令行的格式是：streams */
main( )
{
int sock, length;
struct sockaddr_in server;
struct sockaddr tcpaddr;
int msgsock;
char buf[1024];
int rval, len;
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用任意端口命名套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = INADDR_ANY;
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“binding stream socket”);
exit(1);
}
/* 找出指定的端口号并打印出来 */
length = sizeof(server);
if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&server, &length) < 0) {
perror(“getting socket name”);
exit(1);
}
printf(“socket port #%d\n”, ntohs(server.sin_port));
/* 开始接收连接 */
listen(sock, 5);
len = sizeof(struct sockaddr);
do {
msgsock = accept(sock, (struct sockaddr *)&tcpaddr, (int *)&len);
if (msgsock == -1)
perror(“accept”);
else do{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if ((rval = recv(msgsock, buf, 1024)) < 0)
perror(“reading stream message”);
if (rval == 0)
printf(“ending connection \n”);
else
printf(“-->;%s\n”, buf);
}while (rval != 0);
closesocket(msgsock);
} while (TRUE);
/* 因为这个程序已经有了一个无限循环，所以套接字“sock”从来不显式关闭。然而，当进程被杀死或正常终止时，所有套接字都将自动地被关闭。*/
exit(0);
}
客户方程序：
/* File Name: streamc.c */
#include
#include
#define DATA “half a league, half a league ...”
/* 这个程序建立套接字，然后与命令行给出的套接字连接；连接结束时，在连接上发送
一个消息，然后关闭套接字。命令行的格式是：streamc 主机名 端口号
端口号要与服务器程序的端口号相同 */
main(argc, argv)
int argc;
char *argv[ ];
{
int sock;
struct sockaddr_in server;
struct hostent *hp, *gethostbyname( );
char buf[1024];
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用命令行中指定的名字连接套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
hp = gethostbyname(argv[1]);
if (hp == 0) {
fprintf(stderr, “%s: unknown host \n”, argv[1]);
exit(2);
}
memcpy((char*)&server.sin_addr, (char*)hp->;h_addr, hp->;h_length);
sever.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“connecting stream socket”);
exit(3);
}
if (send(sock, DATA, sizeof(DATA)) < 0)
perror(“sending on stream socket”);
closesocket(sock);
exit(0);
}
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