socket入门

socket 简介

Socket即套接字，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口。
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socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

通信流程

socket是"打开—读/写—关闭"模式的实现，以使用TCP协议通讯的socket为例，其交互流程如下：
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TCP编程步骤：
TCP服务器端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt(); 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、开启监听，用函数listen()；
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；
　　8、关闭监听；
TCP客户端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
　　4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性；
　　5、连接服务器，用函数connect()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；

UDP的编程步骤：
UDP服务器端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、循环接收数据，用函数recvfrom();
　　5、关闭网络连接；
UDP客户端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();可选
　　4、设置对方的IP地址和端口等属性;
　　5、发送数据，用函数sendto();
　　6、关闭网络连接；

linux下socket程序示例

以TCP协议为例，实现的功能是：客户端从服务器读取一个字符串并打印出来。

服务器端代码 server.cpp：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(){//创建套接字int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//将套接字和IP、端口绑定struct sockaddr_in serv_addr;memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//进入监听状态，等待用户发起请求listen(serv_sock, 20);//接收客户端请求struct sockaddr_in clnt_addr;socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);//向客户端发送数据char str[] = "Hello World!";write(clnt_sock, str, sizeof(str));//关闭套接字close(clnt_sock);close(serv_sock);return 0;
}

客户端代码 client.cpp:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
int main(){//创建套接字int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//向服务器（特定的IP和端口）发起请求struct sockaddr_in serv_addr;memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//读取服务器传回的数据char buffer[40];read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);printf("Message form server: %s\n", buffer);//关闭套接字close(sock);return 0;
}

先编译 server.cpp 并运行：

[admin@localhost ~]$ g++ server.cpp -o server
[admin@localhost ~]$ ./server

正常情况下，程序运行到 accept() 函数就会被阻塞，等待客户端发起请求。

接下来编译 client.cpp 并运行：

[admin@localhost ~]$ g++ client.cpp -o client
[admin@localhost ~]$ ./client
Message form server: Hello World!
[admin@localhost ~]$

client 运行后，通过 connect() 函数向 server 发起请求，处于监听状态的 server 被激活，执行 accept() 函数，接受客户端的请求，然后执行 write() 函数向 client 传回数据。client 接收到传回的数据后，connect() 就运行结束了，然后使用 read() 将数据读取出来。

需要注意的是：
server 只接受一次 client 请求，当 server 向 client 传回数据后，程序就运行结束了。如果想再次接收到服务器的数据，必须再次运行 server，所以这是一个非常简陋的 socket 程序，不能够一直接受客户端的请求。

源码解析

先说一下 server.cpp 中的代码。

第11行通过 socket() 函数创建了一个套接字，参数 AF_INET 表示使用 IPv4 地址，SOCK_STREAM 表示使用面向连接的数据传输方式，IPPROTO_TCP 表示使用 TCP 协议。在 Linux 中，socket 也是一种文件，有文件描述符，可以使用 write() / read() 函数进行 I/O 操作。

第19行通过 bind() 函数将套接字 serv_sock 与特定的IP地址和端口绑定，IP地址和端口都保存在 sockaddr_in 结构体中。socket() 函数确定了套接字的各种属性，bind() 函数让套接字与特定的IP地址和端口对应起来，这样客户端才能连接到该套接字。

第22行让套接字处于被动监听状态。所谓被动监听，是指套接字一直处于“睡眠”中，直到客户端发起请求才会被“唤醒”。

第27行的 accept() 函数用来接收客户端的请求。程序一旦执行到 accept() 就会被阻塞（暂停运行），直到客户端发起请求。

第31行的 write() 函数用来向套接字文件中写入数据，也就是向客户端发送数据。

和普通文件一样，socket 在使用完毕后也要用 close() 关闭。