linux进程间的网络通信
一、进程是如何进行网络通信的?socket通信的过程?
同一机器上的不同进程之间的通信方式有很多种,主要使用消息传递或共享内存。而跨网络的进程是几乎都是使用socket通信,例如web服务器,QQ。
socket即是一种特殊的文件,操作系统提供了一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),进程间的通信就是靠读写各自的socket完成的。
通信的过程
server:
- 使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议套接字
- 使用bind()系统调用给创建的socket命名,这个名字就是通常所说的服务器地址(ip地址+端口号),例如服务器的80端口
- 使用listen()系统调用,监听来自客户端的连接。
- 使用accept()系统调用,接受来自客户端的连接,这个调用一直处于阻塞状态,直到有客户端的连接。
- 向连接建立的socket里面读写数据(通信)
注意:server最初会创建一个socktet,收到连接请求后(accept())之后会创建一个与原有的命名套接字不同的套接字。这个新的套接字只与这个特定的client通信,而命名套接字会保留下来继续处理来自client的连接。
client:
- 使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议的套接字。
- 使用connect()将1中创建的socket连接到服务器的地址。
- 使用系统调用发送和接受数据,最简单的是read( )和write()函数。
二、主要知识点和系统调用介绍
1. int socket(int domain, int type, int protocol); 创建指定类型的socket,两个进程能够通信,必须使用相同域和类型的套接字。
- domain:主要有AF_INET,AF_INIT6,分别表示IPv4、IPv6域
- type:SOCK_STREAM 表示有序、可靠、双向的面向连接的字节流 ;SOCK_DGRAM 表示长度固定的、无连接的不可靠的报文传递。
- protocol:一般是0,系统会根据前面的域名和类型,选择合适的协议如TCP、UDP协议等。
2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- sockfd:创建scoket时返回的socket描述符。类似于文件描述符号。
- addr:socket绑定的地址
- addrlen:第二个参数是指针,第三个参数是长度
地址格式:
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
注意:通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。
这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。
3.其它
- int listen(int sockfd, int backlog); //监听socket的描述符,backlog表示最到连接数
- int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //客户端连接服务器的地址
- int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //服务器接受连接
- read()/write()
- recv()/send()
- readv()/writev()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
三、简单易学的socket程序示例
一个简单的示例,创建AF_INET型域和SOCK_STREAM面向连接的socket字,server开启服务,client请求连接,向server发送消息,server收到消息后,回应client,结束连接,也关闭服务器。
代码中有注释,基本上是安装前面socket通信的步骤写的代码。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h> void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, newsockfd, portno;
socklen_t clilen;
char buffer[];
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
int n;
if (argc < ) {
fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
exit();
} //create a socktet
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); //bind an address to that socktet
bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[]);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR on binding"); // listen to the socktet
listen(sockfd,); //accept connection and create a corresponding new socket
clilen = sizeof(cli_addr);
newsockfd = accept(sockfd,
(struct sockaddr *) &cli_addr,
&clilen);
if (newsockfd < )
error("ERROR on accept"); //communication with the new sockfd(read and write data)
bzero(buffer,);
n = read(newsockfd,buffer,);
if (n < ) error("ERROR reading from socket");
printf("Here is the message: %s\n",buffer);
n = write(newsockfd,"I got your message",);
if (n < ) error("ERROR writing to socket"); //ends the connection
close(newsockfd); //ends server
close(sockfd);
return ;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h> void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, portno, n;
struct sockaddr_in serv_addr;
struct hostent *server; char buffer[];
if (argc < ) {
fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[]);
exit();
}
portno = atoi(argv[]); //create a socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); server = gethostbyname(argv[]);
if (server == NULL) {
fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n");
exit();
}
bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
bcopy((char *)server->h_addr,
(char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
server->h_length);
serv_addr.sin_port = htons(portno); //connect
if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR connecting");
printf("Please enter the message: ");
bzero(buffer,);
fgets(buffer,,stdin); //write and read data
n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));
if (n < )
error("ERROR writing to socket");
bzero(buffer,);
n = read(sockfd,buffer,);
if (n < )
error("ERROR reading from socket");
printf("%s\n",buffer); //end this connection
close(sockfd);
return ;
}
使用方法:./server 3000 ./client localhost 3000 一般使用2000~65536之间的端口号
上面的代码虽然能让人很快理解,进程之间的网络通信是怎么进行的。但是server只是接收一次消息,就马上结束退出。
而实际中的server是一直在运行的,并且能够同时接收多个client的访问,典型的做法是server每次收到连接请求式都fork一个新的子进程来处理连接请求。
为了避免产生zombie进程,需要在程序中使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN);使得父进程无视子进程的die。
改进后的代码:
/* A simple server in the internet domain using TCP
The port number is passed as an argument
This version runs forever, forking off a separate
process for each connection
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h> void dostuff(int); /* function prototype */
void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, newsockfd, portno, pid;
socklen_t clilen;
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; if (argc < ) {
fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
exit();
}
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[]);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR on binding"); listen(sockfd,);
clilen = sizeof(cli_addr);
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
while () {
newsockfd = accept(sockfd,
(struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
if (newsockfd < )
error("ERROR on accept");
pid = fork();
if (pid < )
error("ERROR on fork");
if (pid == ) {
//close(sockfd);
dostuff(newsockfd);
exit();
}
else close(newsockfd);
} /* end of while */
close(sockfd);
return ; /* we never get here */
} /******** DOSTUFF() *********************
There is a separate instance of this function
for each connection. It handles all communication
once a connnection has been established.
*****************************************/
void dostuff (int sock)
{
int n;
char buffer[]; bzero(buffer,);
n = read(sock,buffer,);
if (n < ) error("ERROR reading from socket");
printf("Here is the message: %s\n",buffer);
n = write(sock,"I got your message",);
if (n < ) error("ERROR writing to socket");
}
四、总结
socket几乎是网络间进程通信的唯一手段,它的通信是非常简单并且重要的,需要记住。虽然在实际的大型的网络服务器中,不会使用每次都使用socke系统调用t编程,而是使用包装过的库,但是还是需要了解。
当让要想成为一个C++高手还是需要熟悉某种网络库,能力强的话可以自己包装实现一个网络库。但是我觉得新手还是先看看人家的库~~如:比如boost-asio、比如libevent,boost-asio
参考:
1.http://www.linuxhowtos.org/C_C++/socket.htm?userrate=2
2.http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html
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