Linux-Socket
- 1、基础知识
- 2、服务端
- 3、客户端
- 4、读写操作
- 4.1、读写函数
- 4.2、阻塞IO和非阻塞IO
- 5、例程
1、基础知识
socket用于计算机之间的网络通信，无论是构建服务器还是客户端，我们仅需要三个信息，服务器的ip地址，对应进程的端口号，通信协议。
拿到ip地址，便自然知道其ip种类且同时知道该服务器的位置，拿到端口号便知道具体和哪个程序对接。一般而言我们使用ipv4的地址格式，端口号也一般设置得大一些，以防止和服务器原本的应用程序冲突。通信协议则分为流式和报式两个种，它们的代表协议分别是TCP和UDP。
总而言之，只要得到这些信息，服务器就能构建其服务程序，客户端也能准确的找到对应的服务程序。
而socket这个名字，也生动的表达的这样一层意思，把服务器看成一个插排，客户端看成各类用电器，一个插排可以给N个设备供电。
2、服务端
第一步，创建一个套接字，并拿到一个文件描述符，以便捷的表示这个套接字。
第二步，构建一个结构体，让这个结构体绑定各种信息（ip地址，端口号，通信协议）。
第三步，开始准备接受客户端的连接请求。
第四步，处理客户端的连接请求（验证ip地址和端口号是否对上），并为客户端分配独一无二的文件描述符。
最后，根据需要进行读写操作。
下面的例程，每一步具体代码怎么写我大致有标注一下。
//设置ip和端口号
std::string server_ip_address = "xxx.xxx.xxx.xxx";
int server_port = 8888;//step 1
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//step2
sockaddr_in addr; //定义一个结构体
addr.sin_family = AF_INET; //指定ip地址格式
addr.sin_port = htons(server_port); //设置端口
inet_pton(AF_INET, server_ip_address.c_str(), &addr.sin_addr.s_addr); //设置ip地址
bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); //绑定信息//step3
listen(fd, 128);//step4
sockaddr_in client_addr; //定义一个结构体接受客户端信息
socklen_t clilen = sizeof(client_addr);
int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &clilen); //比对信息是否匹配
如果想要具体了解各个函数的参数的意义，直接copy之后搜索即可。
有几个点可以注意一下
1、写代码的时候数据的存储方式是小端存储，即主机字节序。譬如这一句：
int server_port = 8888;
它在内存当中就是主机存储。但是用于网络通讯的时候，又是大端存储（又称网络字节序）。所以需要转化一下，一般用到的函数有：htons, htonl, ntohs, ntohl.
意思也很直白，以htons为例，htons即host to network short。host意为主机字节序，network意为网络字节序，short指的是要转化的字节数，short指的是2个字节，long指的是4个字节（和long int对应的字节数不太一样）。
2、listen(fd, 128);这里的128并不是指最多只能接受128个客户端，而是在listen那一瞬间最多只能处理128个，可以多执行几次listen的。
3、在字符串传输的时候不需要考虑字节序的问题。因为一个字符本身就占一个字节，不存在字节内部被打乱的可能。也就是说，所谓字节序的问题是存在局部的，而不存在于整体中。
举个例子，9这个整数，占四个字节，转化成字节流是长这样的。
小端存储（主机字节序）：9：0x00 0x00 0x00 0x09
大端存储（网络字节序）：9：0x09 0x00 0x00 0x00（其实比对一下，就可以get到为啥传输的时候变成大端的了）
如果是3和9两个数字分别发过去，则不会，也不可以影响3和9的发送顺序。所以对于字符串"abcd"，它的发送顺序就是"a" “b” “c” “d”。又因为它们本身就只占一个字节，自然不会被存储方式干扰。
但是如果一个汉字，它由于占多个字节，倒有可能受到字节序的影响。
总的来说，字节序的问题只出现在一个整体被拆分成N个字节，然后传输之后重组才可能出现。
4、如果cfd不为-1则表示正确和客户端建立连接，可以进行读写操作了。具体代码之后再说。
3、客户端
从客户端的角度来说，其主要任务就是拿到服务器的ip地址，端口号，然后主要去和客户端建立起连接。譬如插线要去匹配插座一样。核心步骤和构建服务器的步骤大同小异，大概如下：
第一步，创建一个套接字，并拿到一个文件描述符，以便捷的表示这个套接字。
第二步，构建一个结构体，让这个结构体绑定服务器的各种信息ip地址，端口号，通信协议）。
第三步，利用以上这些信息尝试去连接服务器，如果构建成功则返回的整形变量是正值。
第四步，根据任务需要进行读写操作。
//step 1:
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//step 2:
sockaddr_in saddr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(server_port);
inet_pton(AF_INET, server_ip_address.c_str(), &addr.sin_addr.s_addr);//step 3:
do{ ret = connect(sfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); //connect是一个非阻塞函数，所以需要用while不断尝试去建立连接std::cout << "try to connect server...\n";sleep(1);
}while(ret == -1);
4、读写操作
4.1、读写函数
读用的是write
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
- fd是文件描述符。
- buf被写内容的地址。
- count自然是被写内容的字节数。
- 返回值：如果写入成功，则返回写入的字节数目。如果失败，返回-1；如果正常写入，但没写入任何东西，则返回0。
读操作用的是read函数
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
- fd：文件描述符。
- buf：指向读取的内容的指针 。
- count：要读取的字节数 。
- 返回值：如果读取成功，则返回读取的字节数目。如果失败，返回-1；如果正常读取，但没读取到东西，返回0。
其实这里write和read和Linux文件IO操作中的read和write函数是一样的，包括close操作也是。可以看我之前写的文章。
链接: Linux学习笔记之四（文件IO、目录IO）
4.2、阻塞IO和非阻塞IO
其实无论是调用write函数还是read函数，都是在内核空间中的缓存区进行操作。流程大概是，通过write函数把数据写到内核空间的写缓存区，然后内核自动通过一些协议把数据传输到读缓存区，然后read函数才能从读缓存区把数据给读出来。
但是这个读写操作分为阻塞式读写和非阻塞式读写，专业术语叫阻塞IO和非阻塞IO。默认情况下是采用阻塞式IO，在阻值式模式下，write操作如果发现写缓存区已经满了，则会一直在那里等待，直到有多余空间可以写入；对于read操作来说，则是如果发现读缓存区没有数据，则一直阻塞等待，直到有数据出现。
而非阻塞式刚好相反，以read为例，如果发现读缓存区中没有数据，则返回-1，然后继续执行其它任务。
非阻塞可以通过相关函数来设置，自行上网查即可。下面讲讲它们的优缺点。
- 阻塞式IO
- 优点：操作和逻辑都比较简单，确保write和read能正确执行才继续执行其它任务。
- 缺点：浪费线程时间，有可以阻塞的时间过长而影响其它任务的执行。
- 非阻塞式IO
- 优点：可以及时的去执行其它任务，提高线程的利用率。
- 缺点：可以导致读写数据不及时。
总的两说，两者各有优劣。但也有一些方法可以取长补短，比如select，epoll，poll等。暂且不谈了。
5、例程
服务器例程，我将读写分为两个线程来写。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>std::string server_ip_address = "192.168.52.130";
int server_port = 8888;
int exit_flag = 0;
std::mutex mu;int ServerInit()
{//create a socket descriptionint fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);sockaddr_in addr;//get ip typeaddr.sin_family = AF_INET;//get host portaddr.sin_port = htons(server_port);//get ip iddressinet_pton(AF_INET, server_ip_address.c_str(), &addr.sin_addr.s_addr);//link above information to socketbind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));return fd;
}void SendThread(int cfd)
{std::string meg;while(true){std::getline(std::cin, meg);if(meg == "exit"){write(cfd, meg.c_str(), meg.length());mu.lock();exit_flag = 1;mu.unlock();break;} write(cfd, meg.c_str(), meg.length());}
}void ReceThread(int cfd)
{char buf[1024];while(exit_flag == 0){//set buff to zeromemset(buf, 0, sizeof(buf));int len = read(cfd, buf, sizeof(buf));if(len > 0) std::cout << " receive from client is: " << buf << std::endl;}
}int main()
{//sfd: server file descriptionint sfd = ServerInit();//beign to wait for client, block.listen(sfd, 128);sockaddr_in client_addr;socklen_t clilen = sizeof(client_addr);//receive the information from client, cfd: client file desriptionint cfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &clilen);if(cfd != -1){std::thread send_thread(SendThread, cfd);std::thread rece_thread(ReceThread, cfd);send_thread.join();rece_thread.join();}close(cfd);close(sfd);return 0;
}
客户端例程
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>std::string server_ip_address = "192.168.52.130";
int server_port = 8888;int ClientInit(sockaddr_in& addr)
{//create a socket descriptionint fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//get ip typeaddr.sin_family = AF_INET;//get host portaddr.sin_port = htons(server_port);//get ip iddressinet_pton(AF_INET, server_ip_address.c_str(), &addr.sin_addr.s_addr);return fd;
}int main()
{//sfd: server file description, saddr: server addresssockaddr_in saddr;int sfd = ClientInit(saddr);int ret;do{ret = connect(sfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));std::cout << "try to connect server...\n";sleep(1);}while(ret == -1);std::cout << "connect server successfully!\n";while(1){static char buf[1024] = {0};static std::string str = "hello, i am client.";write(sfd, str.c_str(), str.size());int len = read(sfd, buf, sizeof(buf));if(len > 0){std::cout << "client receive is: " << buf << std::endl;memset(buf, 0 , sizeof(buf));} else if(len == 0){std::cerr << "lose connection with server.\n";break;}}close(sfd);return 0;
}
