UNIX网络编程笔记第四章基本TCP套接字编程

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本文介绍了TCP套接字编程的基本函数及其用法，包括socket、connect、bind、listen、accept等，并通过示例代码展示了如何使用fork和execve实现一个简单的并发TCP服务器。

基本TCP套接字编程

函数

#include <sys/socket.h>

int socket(int family, int type, int protocol);//成功返回非负描述符，出错返回－1。protocol为0代表为type选择相应默认协议

int connect(int socked,const struct sockaddr *serveraddr,socklen_t addrlen);
/*
成功返回0，出错返回－1

若没收到syn的响应，返回ETIMEOUT
若收到rst，返回ECONNREFUSED
若收到icmp目的不可达错误，返回EHOSTUNREACH或ENETUNREACH

每次connect调用失败后，必须close当前套接字，不能复用
*/

int bind(int socked,struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);//成功返回0，出错返回－1

int listen(int socked,int backlog);//成功返回0，出错返回－1
/*
内核为任何一个套接字维护两个队列：
1）未完成连接队列：已经收到sync，三次握手未完成，处于SYN_RCVD状态
2）已完成连接队列：三次握手已完成
这两个队列排队连接数之和不超过backlog

三次握手完成之后，内核把连接移到已完成队列。进程调用accept时，从已完成连接队列取连接，如果队列为空，那么进程将被阻塞进入睡眠状态。

三次握手完成之后，服务器accept之前，客户端发送过来的数据，存放到套接字缓冲区中。
*/

int accept(int socked,struct sockaddr *cliaddr,socklen_t *addrlen);//成功为非负描述符，出错返回－1

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);
//子进程返回0，父进程中返回子进程id，出错返回－1

/*
fork有两个典型用法：
1）一个进程创建一个自身副本，多个副本各自执行自己的任务，这是网络服务器的典型用法。
2）一个进程想要执行另一个程序，那么该进程创建一个副本，然后在副本中调用exec把自身替换成新的程序。这是诸如shell之类程序的典型用法。
*/

int execl(const char* pathname,const char* arg0,.../*(char *)0*/);
int execv(const char *pathname,char *const *argv[]);
int execle(const char *pathname,const char *arg0,.../*(char *)0, char *const envp[]*/);
int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);
int execlp(const char *filename, const char *arg0,.../*(char *)0*/);
int execvp(const char *filename, char *const argv[]);
/*
exec函数族装入并运行程序pathname，并将参数
          arg0(arg1,arg2,argv[],envp[])传递给子程序,出错返回-1。

在exec函数族中,后缀l、v、p、e添加到exec后，所指定的函数将具有某种操作能力：

有后缀p时，函数可以利用DOS的PATH变量查找子程序文件。
有后缀l时，希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
        execl( "/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL);
有后缀v时，希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
        char* argv[] ={"/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL}
        execv( "/bin/cat", argv );
有后缀e时，函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境。
        envp也是一个以NULL结尾的字符串数组指针。
*/

int close(int socked);//成功返回0，出错返回－1
/*
描述符的引用计数减一

如果引用计数为0，那么把连接标记为关闭状态，此时不能在该连接上调用read和write，但是tcp会尝试发送已排队的数据到对端，然后再发送FIN。

shutdonw函数直接关闭连接，不论引用计数是多少。
*/

#include <sys/socket.h>

int getsockname(int socked, struct sockaddr *localaddr, socklen_t *addrlen);//获取本地地址
int getpeername(int socked, struct sockaddr *peeraddr, socklen_t *addrlen);//获取对端地址
//成功返回0，出错返回－1

大多数TCP服务器是并发的，大多数UDP服务器是迭代的？
fork和execve示例代码

//server.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include "error.h"


int main(int argc, char **argv){

    int sockfd;
    struct sockaddr_in serveraddr;
    struct sockaddr_in clientaddr;
    bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
    bzero(&clientaddr,sizeof(clientaddr));

    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&serveraddr.sin_addr.s_addr);
    serveraddr.sin_port = htons(45000);

    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr)) != 0) {
        err_sys("bind error");
    }

    if(0 != listen(sockfd,10)){
        err_sys("listen failed");
    }

    while (1) {
        socklen_t len = sizeof(clientaddr);
        int clientfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&len);
        if (clientfd >= 0) {

            pid_t cpid;
            if( (cpid = fork()) == 0 ){
                close(sockfd);
                printf("parent process id = %d\r\n",getppid());
                close(clientfd);

                char *pathname = "/bin/ls";
                char *argv[] = {"ls","-al","/usr/local",0};
                char *env[] = {0};
                int rtn = execve(pathname,argv,env);
                printf("execve rtn = %d\r\n",rtn);

                exit(0);
            }   
            close(clientfd);

        }
    }

    return 0;

}

//client.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include "error.h"

int main(int argc, char **argv) {

    int sockfd;
    struct sockaddr_in serveraddr;

    bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(45000);
    inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&serveraddr.sin_addr.s_addr);

    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    int rtn = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr));
    if(rtn != 0)
        err_sys("connect error");

    write(sockfd,"hello there!",12);

    close(sockfd);

    return 0;
}

//error.h
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

void err_sys(char *info){

     fprintf(stderr, "%s:%s\n", info, strerror(errno));               
         exit(EXIT_FAILURE);

}