socket编程以及select、epoll、poll示例详解

socket编程

socket这个词可以表示很多概念，在TCP/IP协议中“IP地址 + TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程，“IP + 端口号”就称为socket。在TCP协议中，建立连接的两个进程各自有一个socket来标识，那么两个socket组成的socket pair就唯一标识一个连接。

• 预备知识
  网络字节序：内存中多字节数据相对于内存地址有大端小端之分，磁盘文件中的多字节数据相对于文件中的偏移地址也有大端小端之分。网络数据流同样有大端小端之分，所以发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存地址从低到高的顺序发出，接收主机把从网络上接收到的字节按内存从低到高的顺序保存，因此网络数据流的地址应该规定：先发出的数据是低地址，后发出的数据是高地址。TCP/IP协议规定网络数据流应该采用大端字节序，即低地址高字节。所以发送主机和接收主机是小段字节序的在发送和接收之前需要做字节序的转换。

  为了使网络程序具有可移植性可以调用以下函数进行网络字节数的转换。

 #include <arpa/inet.h>
 uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
 uint16_t htons(uint16_t hostshort);
 uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
 uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

socket地址数据类型及相关函数
sockaddr数据结构

IPv6和UNIXDomain Socket的地 址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。这样,只要取得某种sockaddr结构体的首地址,不需要知道具体是哪种类型的sockaddr结构体,就可以根据地址类型字段确定结构体中的 内容。因此,socket API可以接受各种类型的sockaddr结构体指针做参数,例如bind、accept、connect等函数,这些函数的参数应该设计成void *类型以便接受各种类型的指 针,但是sock API的实现早于ANSI C标准化,那时还没有空指针类型这些函数的参数都⽤用struct sockaddr 类型表示,在传递参数之前要强制类型转换一下。
本次只介绍基于IPv4的socket网络编程,sockaddr_in中的成员struct in_addr sin_addr表⽰示32位的IP 地址。但是我们通常⽤用点分十进制的字符串表示IP 地址,以下函数可以在字符串表⽰示 和in_addr表⽰示之间转换。也就是说可以将字符串转换成in_addr类型，也可以将本地字节转换成网络字节。相反由同样有从网络转换到本地的函数具体的用法我们下面的代码中来看。

    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
       int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
       in_addr_t inet_addr(const char *cp);

       in_addr_t inet_network(const char *cp);

       char *inet_ntoa(struct in_addr in);

       struct in_addr inet_makeaddr(int net, int host);

       in_addr_t inet_lnaof(struct in_addr in)

• tcpsocket 实现
  实现模型：
  1.服务器端 socket -> bind -> listen -> accept(阻塞,三次握手)-> send。
  2.客户端 socket -> connect(阻塞,三次握手)-> rcv。
  函数介绍：

 int socket(int family, int type, int protocol)

family :指定协议的类型本次选择AF_INET（IPv4协议）。
type：网络数据类型，TCP是面向字节流的—SOCK_STREAM.
protocol:前两个参数一般确定了协议类型通常传0.
返回值：成功返回套接字符。
失败返回-1设置相关错误码。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen)

sockfd : socket函数成功时候返回的套接字描述符。
servaddr ：服务器的IP和端口。
addrlen ： 长度（sizeof(servaddr)）。
返回值：成功返回0
失败返回-1，并设置相关错误码。

int listen(int sockfd, int backlog)

sockfd： socket函数成功时候返回的套接字描述符。
backlog : 内核中套接字排队的最大个数。
返回值：成功返回0
失败返回-1，并设置相关错误码。

 int accept(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t *addrlen)

sockfd ： socket函数成功时候返回的套接字描述符。
servaddr : 输出型参数，客户端的ip和端口。
addrlen ： 长度（sizeof(servaddr)）。
返回值：成功:从监听套接字返回已连接套接字
失败：失败返回-1，并设置相关错误码。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen)

sockfd：函数返回的套接字描述符
servaddr :服务器的IP和端口
addrlen : 长度（sizeof(servaddr)）。
返回值：成功返回0
失败返回-1，并设置相关错误码

• 实现代码

server.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
static usage(const char* proc)
{
 printf("Usage:%s[local-ip][local-port]\n",proc);
}
static int start_up(const char *local_ip,int local_port)
{
    //1.create sock
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sock < 0)
    {
        perror("socket");
        close(sock);
        exit(1);
    }
    //2,createbind
    struct sockaddr_in local;
    bzero(&local,sizeof(local));
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(local_port);
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(local_ip);
    if( bind(sock,(struct sockaddr *)&local,sizeof(local)) < 0)
    {
        perror("bind");
        close(sock);
        exit(2);
    }
    //3.listen
    if(listen(sock,10) < 0)
    {
     perror("listen");
    close(sock);
     exit(3);
    }
    return sock;

}
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        usage(argv[0]);
    }
    int sock = start_up(argv[1],atoi(argv[2]));
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    while(1)
    {
        int new_sock = accept(sock,(struct sockaddr*)&client, &len);
        if(new_sock < 0)
        {
            perror("accept");
            close(sock);
            return 1;
        }
        printf("client_ip:%s client_port:%d\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));
        char buf[1024];
        while(1)
        {
            ssize_t s = read(new_sock,buf,sizeof(buf)-1);
            if(s > 0)
            {
                buf[s] = 0;
                printf("client say# %s",buf);
            }
            else if(s == 0)
            {
                printf("client quit!\n");
                break;
            }
            write(new_sock,buf, strlen(buf));
        }
    }

    close(sock);
    return 0;
}

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