Linux_socket编程

  • 套接字通信
  • socket 接口
  • 守护进程

一.套接字通信

端口号：

  • 端口号是一个2字节16位的整数;
  • 端口号用来标识一个进程, 告诉操作系统, 当前的这个数据要交给哪一个进程来处理;

一台主机可以根据ip地址定位另一台主机，而两台主机之间的通信本质是进程在通信。根据ip地址我们可以定位一台主机，而根据端口号（port）可以定位一台主机上的一个进程。这样世界上任何一个进程都可以通过IP地址+端口号来定位。【源ip+源port ----》 目的ip+目的port】这样的通信方式称为套接字通信。
采用端口号而不是pid来标识进程的原因是降低网络和进程管理的耦合度，同时也更好的区分了网络进程。一个端口号只能对应一个进程，但是一个进程可以对应多个端口号。
套接字通信主要编写的是应用层的程序，使用os提供的网络部分的系统调用进行发送和接收消息。

二.socket 接口

udp协议特点：

  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 面向数据报

tcp协议特点：

  • 有连接
  • 可靠传输
  • 面向字节流
2.1 udp协议相关的接口
  1. 创建socket文件

image.png

  • 返回值：返回一个文件描述符，后续输入输出操作文件描述符
  • domain：由于套接字通信可以进行网络通信，也可以进行本地通信，因此这个参数用来确定通信域
    • AF_INET：网络通信
    • AF_UNIX：本地通信
  • type：表示通信类别是面向字节流还是面向数据报
    • SOCK_DGRAM： 面向数据报
    • SOCK_STREAM：面向字节流
  • protocol：默认0即可，os会自动根据type来确定协议是tcp还是udp
  1. 绑定socket

image.png

  • 返回值：bind成功返回0，失败返回-1
  • sockfd：socket文件描述符
  • addrlen：addr对象的实际大小
  • addr：将端口号和ip地址 与当前进程绑定

image.png
addr中实际传入的对象是sockadd_in或者sockaddr_un，封装为sockaddr只是为了统一参数类型。因为传入的参数类型为sockaddr，所以需要根据首部16位来确定真实的参数类型。

  • 如果传入的参数是sockaddr_in 实例化后的对象，那么表示为网络通信，需要指明ip地址和端口号
    • 由于通信双方的字节序（大端/小端）有可能不同，所以网络中规定，发送到网络的数据都以大端方式存储。转换函数库中已经提供
    • uint32_t htonl(uint32_t hostlong) 将32位主机序列转换位32位网络序列
    • uint32_t ntohl(uint32_t netlong) 将32位网络序列转换位32位主机序列
    • uint16_t ntohs(uint16_t netlong)
    • uint16_t htons(uint16_t hostlong)
    • 其中h：host主机 n：net网络 l：long s：short
  • 如果传入的参数是sockaddr_un 实例化后的对象，那么表示为本地通信

sockaddr_in 在头文件netinet/in.h 和 arpa/inet.h 中

注意：

  • 服务器绑定的ip地址最好由os决定：使用INADDR_ANY填入参数
  • 客户端的绑定由os在合适的时候完成，程序员不需要自己绑定，防止出现端口冲突问题。
  1. 接收消息

image.png

  • 返回值：成功返回读取到的字节数，失败返回-1
  • sockfd：文件描述符
  • buf：要接收数据的缓存区
  • len：要接收数据的长度
  • flags：设置为0即可
  • src_addr：输出型参数，会设置为发送方的ip地址和端口号
  • addrlen：src_addr指针指向对象的长度，一定要初始化
  1. 发送消息

image.png

  • sockfd：文件描述符
  • buf：发送数据缓存区
  • len：发送数据缓冲区的大小
  • dest_addr：填写对端的ip地址和端口号
  • addrlen：dest_addr所指向对象的大小
2.2 tcp协议相关的接口
  1. 创建socket文件-同上
  2. 绑定socket-同上
  3. 监听listen

image.png

  • 功能：将sockfd文件设置为监听状态，使之有能力接收来自客户端的连接
  • sockfd：要设置为监听状态的文件描述符
  • backlog：tcp协议在底层维护的全连接队列，最大长度是：backlog+1，如果全连接队列满了，其他到来的连接会在半连接队列中，这个值不能大，否则会导致客户端长时间得不到响应，降低用户体验
  • 返回值：成功返回0，失败-1
  1. accept服务器接收连接

image.png

  • 如果服务器成功接收来自客户端的连接，那么将创建一个socket文件用于和这个客户端传输数据
  • 返回值：返回一个新建的socket文件描述符
  • sockfd：传入调用socket（）函数创建的监听套接字文件描述符 ，这两个文件描述符的作用不同，一个是为了接收来自客户端的连接，一个是与客户端进行传输数据
  • addr：保存的是客户端的ip地址+port
  • addrlen：addr指向对象的实际大小
  1. connet客户端发起连接

image.png

  • 返回值：成功返回0，失败返回-1
  • sockfd：客户端创建的socket文件描述符
  • addr：传入要连接的服务器的ip地址和端口号
  • addrlen：addr指向对象的大小
  1. 读数据/写数据

image.png
image.png

  • 由于tcp协议是面向字节流的，所以可以用文件的接口进行读写

三.守护进程

在linux中，使用ps axj可以查看运行中的进程信息。在命令行中输入sleep 1000 | sleep 100000 | sleep 2000 & 然后使用ps axj | head -1 && ps axj | grep sleep查看sleep进程的信息。

image.png
  • PPID：当前进程的父进程的id
  • PID：当前进程的id
  • PGID：进程组id， 一条指令对应一个进程组。比如：前面3个 sleep 在一条指令中，所以这三个进程为一个组，PGID为进程组的组长id
  • SID：会话id，在xshell中，一个输入框对应一个会话，下面为两个会话窗口
  • image.png
  • TTY：终端，一个会话对应一个终端，程序的打印结果是输出到终端上的。

会话，进程组，进程的关系：
一个会话内有许多进程组，一个进程组内有许多进程。
image.png
如果我们关闭一个会话，那么会话内部的进程将全部退出。众所周知，服务器是需要一直运行的，所以服务器不能用用户进行命令行解释的会话来运行，而需要单独成一个会话，这个会话不能轻易退出。单独成一个会话的进程叫做守护进程。
守护进程需要满足的条件：

  1. 不能是原来进程组的组长
  2. 进程路径可能会更改
  3. 文件描述符0 1 2 需要特殊处理，重定向到/dev/null 文件
  4. 需要忽略一些信号
  5. 需要调用setsid（）创建会话

代码模拟：
凡是调用该函数的进程都将变为守护进程，除非调用kill，否则不会退出。

void daemon()
{// 特殊处理信号signal(SIGPIPE, SIG_IGN);signal(SIGCHLD, SIG_IGN);// 保证自己不是组长if (fork() > 0)exit(0);// 创建会话pid_t sid = setsid();// 成功返回会话id  失败返回-1if (sid < 0){exit(1);}// 调用chdir()更改路径// 特殊处理0 1 2int fd = open("/dev/null", O_RDWR);if (fd == -1){exit(2);}dup2(fd, 0);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);close(fd);
}

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