5 Linux网络编程基础API

5.1   socket地址API

大端字节序（网络序）：高位在低址，低位在高址

小端字节序（主机序）：低位在低址，高位在高址

判断，利用联合的特性：

 #include <iostream>
 using namespace std;

 int main()
 {
     union
     {
         int value;
         char union_bytes[ sizeof(int) ];
     } test;
     test.value = 0x01020304;
     for(int i = ;i < ;i++)
         cout<<test.union_bytes[i]<<"    ";
     return ;
 }

输出4321就是小端，1234就是大端

JAVA虚拟机采用大端

Linux提供４个函数来完成主机字节序和网络字节序之间的转换：

 #include <netinet/in.h>
 unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);
 unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);
 unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong);
 unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);

这４个函数，长整型（32bit）函数通常用来转换ip地址，短整型（16bit）函数用来转换端口号，当然不限于此。

通用socket地址

 #include <bits/socket.h>
 struct sockaddr
 {
     sa_family_t sa_family;
     char sa_data[];
 };

sa_family地址簇类型如下：AF_UNIX，AF_INET， AF_INET6

专用socket地址

 #include <sys/un.h>
 struct sockaddr_in
 {
     sa_family_t sin_family;
     u_int16_t sin_port;
     struct in_addr sin_addr;
 };
 struct in_addr
 {
     u_int32_t s_addr;
 };

实际使用中sockaddr_in需要强制转换sockaddr（sockaddr不够的补0）

ip地址转换函数

 #include <arpa/inet.h>
 in_addr_t inet_addr(const char* strptr);
 int inet_aton(const char* cp, struct in_addr* inp);
 char* inet_ntoa(struct in_addr in);//内部使用静态变量，不可重入

inet_addr函数将用点分十进制字符串表示的ipv4地址转化为用网络字节序整数表示的ipv4地址。失败时返回INADDR_NONE。

 #include<arpa/inet.h>
 int inet_pton(int af, const char* src, void* dst);
　 const char* inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t cnt);

inet_pton将点分十进制src转化为网络字节序整数标示的ip地址存储与dst指针中  inet_ntop相反

5.2   创建socket 

socket是可读，可写，可控制，可关闭的文件描述符

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 int socket(int domain, int type, int protocol);

domain协议族：AF_UNIX，AF_INET， AF_INET6

type：SOCK_STREAM  SOCK_DGRAM

protocol：默认0

5.3　命名socket

将一个socket与socket地址绑定成为给socket命名，服务端通常需要命名socket，因为只有命名后客户端才知道如何连接它。客户端一般采用操作系统自动分配的socket地址

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 int bind(int sockfd, const struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen);

bind成功返回０，失败返回-1并设置errno。其中两中常见的errno是EACCES和EADDRINUSE，含义分别是：

• EACCES:被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户能访问。比如普通用户将socket绑定到知名服务端口（端口号为0-1023）。
• EADDRINUSE:被绑定的地址正在使用。如将socket绑定到一个处于TIME_WAIT状态的socket地址。

5.4　监听socket 

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd是被监听的socket

backlog是处于完全连接的socket的上限 ，通常监听队列中完整连接的上限比backlog值略大（一般为backlog+1）

5.5　接受连接

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

sockfd是被监听的socket

addr参数用来获取被接受连接的远端socket地址，长度由addrlen指出

返回一个新连接的socket，该socket唯一标识了被接受的这个连接

5.6　发起连接

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

sockfd参数由socket系统调用返回一个socket，一旦连接建立成功sockfd就唯一标识这个连接，客户端通过读写sockfd来与服务器通信

serv_addr是服务器监听socket地址

5.7　关闭连接

 #include<unistd.h>
 int close(fd);

close系统调用并非总是关闭一个连接，而是将fd的引用计数减1.只有当fd的引用计数为0时，才真正关闭连接。多进程程序中，一次fork系统调用默认将使父进程中打开的socket的引用计数加1，因此我们必须在父进程和子进程中都对该socket执行close调用才能将连接关闭。
如果无论如何都要立即终止连接（而不是将socket引用计数减1），可以使用shutdown系统调用(专为网络编程设计的)

 #include<sys/socket.h>
 int shutdonw(int sockfd, int howto);

howto参数：
SHUT_RD//关闭sockfd上读的这一半。该socket接收缓冲区中的数据都被丢弃
SHUT_WR//关闭sockfd上写的这一半。发送缓冲区中的数据会在真正关闭连接之前全部发送出去，应用程序不可再对该socket文件描述符执行写操作。连接处于半关闭状态。
SHUT_RDWR//同时关闭读写。
由此可见，shutdown能够分别关闭socket上的读或写，或者都关闭。而close在关闭连接时只能将socket上的读和写同时关闭。

5.8　数据读写

tcp

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
 ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

recv成功时返回实际读取到的数据的长度，它可能小于我们期望的长度len。因此我们可能要多次调用recv，才能读取到完整的数据。recv可能返回0，这意味着通信对方已经关闭连接了。
flags参数：

udp

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 ssize_t recvfrom(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t* addrlen);
 ssize_t sendto(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr* dest_addr, socklen_t addrlen);

recvfrome读取sockfd上的数据，buf和len分别制定读缓冲的位置和大小。因为UDP通信没有连接的概念，所以每次读取数据都要获取发送端的地址，即参数src_addr

sendto dest_addr指定接收端的socket地址

这两组函数也可用于面向连接的socket，把最后两个参数设为NULL

通用数据读写函数

 #include <sys/socket.h>
 ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
 ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
 struct msghdr {
     void* msg_name; //socket地址
     socklen_t msg_namelen;
     struct iovec* msg_iov;
     int msg_iovlen;
     void* msg_control; //指向辅助数据的起始位置
     socklen_t msg_controllen;
     int msg_flags; //复制函数中flsgs参数，并在调用过程中更新
 };
 struct iovec {
     void* iov_base; //内存起始地址
     size_t iov_len; //这块内存的长度
 };

5.9　带外标记 

Linux内核检测到tcp紧急标志时，将通知应用程序有带外数据需要接收。内核通知应用程序带外数据到达的两种常见方式：IO复用产生的异常事件和SIGURG信号。但是，即使应用程序得到了有带外数据需要接收的通知，还需要知道带外数据在数据流中的具体位置，才能准确接收带外数据。

 #include <sys/socket.h>
 int sockatmark(int sockfd);

sockatmark判断sockfd是否处于带外标记，即下一个被读取到的数据是否是带外数据。如果是，sockatmark返回1，此时我们就可以利用带MSG_OOB标志的recv调用来接收带外数据。

5.10　地址信息函数 

 #include <sys/socket.h>
 int getsockname(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
 int getpeername(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

获取本地或远端的socket地址存储于address中

5.11　socket选项（重要）

 #include <sys/socket.h>
 int getsockopt(int sockfd, int level, int option_name, void* option_value, socklen_t* restrict option_len);
 int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void* option_value, socklen_t option_len);

前者用于读取socket文件描述符，后者用于设置socket文件描述符

sockfd：指定被操作的目标

level：指定要操作哪个协议选项

option_names：指定选项名字

option_value：被操作选项的值

option_len：值的长度

例子：

udp多播：

 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));
 //加入多播组
 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
  //退出多播组
 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

对服务器而言，有部分socket选项只能在调用listen前针对监听socket设置才有效

5.12　网络信息api 

gethostbyname　　gethostbyaddr

 #include<netdb.h>
 struct hostent* gethostbyname(const char* name);
 struct hostent* gethostbyaddr(const void* addr, size_t len, int type);
 struct hostent {
     char* h_name;
     char** h_aliases;
     int h_addrtype;
     int h_length;
     char** h_addr_list;
 };

获取服务信息getservbyname　　getservbyport

 #include<netdb.h>
 struct servent* getservbyname(const char* name, const char* proto);
 struct servent* getservbyport(int port, const char* proto);
 struct servent {
     char* s_name;
     char** s_aliases;
     int s_port;
     char* s_proto;
 };

getaddrinfo通过主机名获取ip 通过服务获得端口

 #include<netdb.h>
 int getaddrinfo(const char* hostname, const char* service,
         const struct addrinfo* hints, struct addrinfo** result);
 struct addrinfo {
     int ai_flags;
     int ai_family;
     int ai_socktype;
     int ai_protocol;
     socklen_t ai_addrlen;
     char* ai_canonname;
     struct sockaddr* ai_addr;
     struct addrinfo* ai_next;
 };

getnameinfo函数通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名和服务名

 #include<netdb.h>
 int getnameinfo(const struct sockaddr* sockaddr, socklen_t addrlen, char* host, socklen_t hostlen, char* serv, socklen_t servlen, int flags);