4. 基本socket函数

一、创建socket

/*  创建一个socket  */
int socket(int family, int type, int protocol);

/*  参数说明  */
// domain：使用哪个底层协议族
// type：指定服务类型
// protocol：使用哪个协议

1. type参数指定的服务类型有SOCK_STREAM服务（流服务）和SOCK_DGRAM服务（数据报服务）

• 对TCP/IP协议族而言，其值取SOCK_STREAM表示传输层使用TCP协议，取SOCK_DGRAM表示传输层使用UDP协议。

补：type参数可以接受上述服务类型与下面两个重要的标志相与的值：SOCK_NONBLOCK和SOCK_CLOEXEC。它们分别表示将新创建的socket设为非阻塞的，以及用fork调用创建子进程时在子进程中关闭该socket。

2. protocol参数一般都设置为0，表示使用默认协议

• 因为它是在前两个参数构成的协议集合下，再选择一个具体的协议。而前两个参数已经完全决定了它的值。

在UNIX/Linux下，所有东西都是文件，socket也不例外，它就是可读、可写、可控制、可关闭的文件描述符。

二、给socket命名——将socket与socket地址绑定

/* 将一个socket与socket地址绑定 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

/*  参数说明  */
// myaddr：其所指的socket地址分配给未命名的sockfd文件描述符
// addrlen：指出该socket地址的长度

1. 服务器程序需要命名socket，这样客户端才能知道该如何连接它；而客户端通常不需要命名socket，而是采用匿名方式（即使用操作系统自动分配的socket地址）

2. 两种常见的errno是EACCES和EADDRINUSE

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

三、监听socket——将一个主动socket转换成被动socket，使服务器可以接受客户连接

/* 创建一个监听队列以存放待处理的客户连接 */
int listen(int sockfd, int backlog);

/*  参数说明  */
// backlog：指定内核监听队列的最大长度

1. backlog参数表示处于完全连接状态（ESTABLISHED）的socket的上限

补：在内核版本2.2之前的Linux中，backlog参数是指所有处于半连接状态（SYN_RCVD）和完全连接状态（ESTABLISHED）的socket上限。

2. 当监听队列的长度超过backlog时，服务器将不再受理新的客户连接，客户端也将收到ECONNREFUSED错误信息。

四、接受连接

/* 从监听队列中接受一个连接 */
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

/*  参数说明  */
// addr：指向被接受连接的远端socket地址
// addrlen：远端socket地址的长度

1. 取出已完成连接（ESTABLISH）队列的队首连接，如果该队列为空，那么进程将被投入睡眠（假设socket为默认的阻塞方式）

补：accept只是从监听队列中取出连接，而不论连接处于何种状态，如该队首连接对应的客户端掉线或提前退出。

2. accept返回一个新的连接socket，该socket唯一地标识了这个被接受的连接

• 服务器通过读写该socket来与被接受连接对应的客户端通信。

五、发起连接——客户端主动与服务器建立连接

/* 主动与服务器建立连接 */
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

/*  参数说明  */
// servaddr：指向接受连接的远端socket地址
// addrlen：远端socket地址的长度

1. sockfd唯一地标识这个发起的连接

2. 两种常见的errno是ECONNREFUSED和ETIMEDOUT

• ECONNREFUSED：目标端口不存在，连接被拒绝。
• ETIMEDOUT：连接超时。

3. 若connect失败，则该socket不再可用，必须关闭　　

六、关闭连接——关闭连接对应的socket

/*  关闭文件描述符  */
int close(int fd);

/*  立即终止连接  */
int shutdown(int sockfd, int howto);

/*  参数说明  */
// howto：决定了shutdown的行为，可选值为SHUT_RD、SHUT_WR和SHUT_RDWR

1. close将fd的引用计数减1，故其并非总能立即关闭一个连接

2. shutdown能够分别关闭socket上的读或写，或者都关闭

七、余音绕梁

1. 客户往往不给socket命名，而是采用匿名形式，那么是如何确定socket地址的呢？

当调用connect时，内核将根据所用外出网络接口来确定IP地址，并选择一个临时端口作为源端口。

2. socket被创建后，其往往被假设为一个主动socket，即认为它将发起连接。而服务器往往调用listen使其变为被动socket，使得内核创建监听队列，从而可以接受连接。　　

3. 系统调用与连接队列

• connect调用将激发TCP的三路握手过程。
• 当来自客户的SYN到达时，TCP在其半完成连接队列中创建一个新条目，该条目一直保留到三路握手的第三个分节到达或者该条目超时。
• 如果三路握手正常完成，该条目就从半完成连接队列转移到完全连接队列的队尾。
• 当服务器进程调用accept时，完全连接队列的队头将返回给进程。