详解基本TCP套接字函数

以下讲解基本TCP套接字函数。

1、socket 函数
   指定期望的通信协议类型。
   

1. #include <sys/types.h> /* See NOTES */
2. #include <sys/socket.h>
3. int socket(int domain, int type, int protocol);
4. 返回：若成功则为非负描述符，出错则为-1。

 
参数说明： 
 domain:   指明协议族，也称为协议域，是一个常值。
           AF_INET           IPv4 协议
           AF_INET6           IPv6 协议
           AF_LOCAL/AF_UNIX       Unix协议域
           AF_ROUTE               路由套接字
           AF_KEY                 密匙套接字
     
 type：    指明套接字的类型。
           SOCK_STREAM           字节流套接字
           SOCK_DGRAM            数据报套接字
           SOCK_SEQPACKET        有序分组套接字
           SOCK_RAW              原始套接字
     
 protocol: 指明协议类型。一般为0，以选择给定的domain和type组合的系统默认值。
           IPPROTO_TCP           TCP传输协议
           IPPROTO_UDP           UDP传输协议
           IPPROTO_SCTP          SCTP传输协议
函数描述：
    socket 函数在成功时返回一个小的非负整数值，与文件描述符类似，我们称它为套接字
    描述符，简称 sockfd。为了得到这个套接字描述符，我们只是指定了协议族（IPv4、IPv6
    或Unix）和套接字类型（字节流、数据报或原始套接字）。我们并没有指定本地跟远程的
    协议地址。
     
2、connect 函数 
   TCP 客户用 connect 函数来与 TCP 服务器建立连接。 
   

1. #include <sys/socket.h>
2. int connect( int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen );
3. 返回：若成功则为0，出错则为-1。

     
参数说明：
    sockfd:            由 socket 函数返回的套接字描述符。     
    servaddr、addrlen：指向一个套接字地址结构的指针和该结构的大小。套接字地址结构
                       必须含有服务器的IP地址和端口号。
函数描述：
    客户在调用 connect 函数前并不一定得调用 bind 函数，如果需要的话，内核会确定源
    IP地址，并选择一个临时端口作为源端口。所以在客户进程中的套接字一般只需指明客户
    所要连接的服务器的IP跟端口号。
 
    如果是 TCP 套接字，调用 connect 函数将激发 TCP 的三路握手。而且仅在连接成功或
    出错时才返回。其中出错的情况有如下几种：
    1-> TCP 客户没有收到 SYN 分节的响应。
    2-> TCP 服务器对客户的 SYN 分节的响应是 RST 。
    3-> 客户发出的 SYN 分节在某个路由器器上发生了错误。
 
    若 connect 调用失败则该套接字不再可用，必须关闭，我们不能对这样的套接字再次执行
    connect 函数。 
     
3、bind 函数     
   将一个本地协议地址赋予一个套接字。对于网际网协议，协议地址是32位的IPv4地址和128
   位的IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合。bind 函数主要用于服务器端，用来指定本地
   主机的哪个网络接口（IP，可以是INADDR_ANY，表示本地主机的任一网络接口）可以接受客户
   端的请求，和指定端口号（即开启的等待客户来连接的进程）。
 

1. #include <sys/socket.h>
2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
3. 返回：若成功则为0，出错则为-1。

参数说明：
    sockfd:          socket 函数返回的套接字描述符。
    myaddr、addrlen：指向一个套接字地址结构的指针和该结构的大小。
 
函数描述：
    对于 TCP ，调用 bind 函数可以指定一个端口号，或指定一个IP地址，也可以两者都指定，还
    可以两者都不指定。
 
    服务器在启动时捆绑它们众所周知的端口号（如何捆绑？）。如果一个TCP客户或服务器未曾调用
    bind捆绑一个端口，当调用 connect 或 listen 时，内核就要为相应的套接字选择一个临时端口。
    让内核来选择临时端口对于TCP客户来说是正常的，除非应用需要一个预留端口。然而对于TCP服务
    器来说却极为罕见，因为服务器是通过它们的众所周知的端口号来被大家认识的。
 
    进程可以把一个特定的IP捆绑到它的套接字上，不过这个IP地址必须属于其所在主机的网络接口之
    一（对于TCP服务器）。对于TCP客户，这就为在该套接字上发送的IP数据报指派了源IP地址（服务器
    源地址）。对于TCP服务器，这就限定该套接字只接收那些目的地为这个IP地址的客户连接。TCP套接
    字通常不把IP地址捆绑到它的套接字上。当连接套接字时，内核将根据所用外出网络接口来选择源IP
    地址，而所用外出端口则取决于到达服务器所需的路径。如果TCP服务器没有把IP地址捆绑到它的套接
    字上，内核就会把发送的SYN的目的IP地址作为服务器的源IP地址（即服务器IP等于INADDR_ANY的情 

    况）。
    实际上客户的源IP地址就是服务器的目的地址，服务器的源IP地址就是客户的目的地址，说到底也就只
    存在两个IP地址：客户IP跟服务器IP。

 

4、listen 函数

1. #include <sys/socket.h>
2. int listen(int sockfd, int backlog);
3. 返回：若成功则为0，出错则为-1。

函数描述：         
    listen 函数仅由 TCP 服务器调用，它做两件事情。
    (1)把一个未连接的套接字（主动）转换成一个被动套接字，指示内核应该接受指向该套接字的连接请

       求。
    (2)backlog 参数规定了内核应该为相应套接字排队的最大连接数。其中内核始终为监听套接字维护两个
       队列。
       (1)未完成连接队列，每个SYN分节对于其中一项：
           已由某个客户发出并到达服务器，而服务器正在等待待完成的TCP三路握手过程。这些套接字处

           于SYN_RCVD状态。
       (2)已完成连接队列
          每个已完成TCP三路握手过程的客户对应其中一项。这些套接字处于ESTABLISHED状态。
          backlog 就是这两个队列和的最大值。
    在三路握手完成之后，但在服务器调用 accept 之前到达的数据应由 TCP 服务器排队，最大数据量为

    相应已连接套接字的接收缓冲区的大小。

 

5、accept 函数
    accept 函数由 TCP 服务器调用，用于从已完成连接队列头返回下一个已完成连接。如果已完成队列为

    空，那么进程被投入睡眠（假设套接字为默认的阻塞方式）。

1. #include <sys/socket.h>
2. int accept(int sockfd ,struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
3. 返回：若成功则为非负已连接描述符和对端的IP和端口号，出错则为-1。

参数说明：
    cliaddr、addrlen 用来返回已连接的对端进程（客户）的协议地址 。调用前，我们将由 *addrlen 所
    引用的整数值置为由cliaddr所指的套接字地址结构的长度，返回时，该整数值即为内核存放在该套接字
    地址机构内的确切字节数。
函数描述：
    如果 accept 调用成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新描述符，代表着与所返回客户的TCP
    连接。在讨论 accept 函数时，我们称它的第一个参数为监听套接字描述符（由 socket 创建，随后用

    作bind 和 listen 的第一个参数的描述符），称它的返回值为已连接套接字描述符。区分这两个套接字

    非常重要。一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在服务器的生命期内一直存在。内核为每个服

    务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字（也就是说对于它的TCP三路握手过程已经完成）。当服

    务器完成对某个连接客户的服务时，相应的已连接套接字就要被关闭。
  
6、fork 函数
    是 Unix 中派生新进程的唯一方法。
 

1. #include<unistd.h>
2. pid_t fork(void);
3. 返回：在子进程中为0，在父进程中为子进程ID，出错则为-1.

     
函数描述：
    fork 调用一次却返回两次。它在调用进程（父进程）中返回一次，返回值是新派生进程（子进程）
    的进程ID号；在子进程又返回一次，返回值为0。因此，返回值本身告知当前进程是子进程还是父
    进程。
    fork 在子进程返回0而不是父进程的进程ID的原因在于：任何子进程只有一个父进程，而且子进程
    总是可以通过调用 getppid 取得父进程的进程ID。相反，父进程可以有许多子进程。而且无法通过
    函数调用来获取子进程的进程ID。如果父进程想要跟踪所有子进程的进程ID，那么它必须记录每次
    fork 调用的返回值。当前进程可以通过 getpid 系统调用来获得自己的进程ID。    
    父进程中调用 fork 之前打开的所有描述符在 fork 返回之后由子进程共享，数据段会得到一份拷贝
    而不是共享。
    fork 调用的两个典型用法：
    (1)一个进程创建一个自身的副本，这样每个副本都可以在另一个副本执行其他任务的同时处理各自的
    操作。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。既然创建新进程的唯一方法是调用 fork ，该进程于是首先调用

     fork创建一个自身的副本，然后其中一个副本调用 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。
    
6、exec 函数族
    一个 exec 函数可以把当前进程替换成一个新进程，新进程由 path 或 file 参数指定。    

1. #include <unistd.h>
2. extern char **environ;
3. int execl(const char *path, const char *arg, ...);
4. int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
5. int execle(const char *path, const char *arg,
6. ..., char * const envp[]);
7. int execv(const char *path, char *const argv[]);
8. int execvp(const char *file, char *const argv[]);
9. int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
10. 返回：成功则不返回，出错则为-1。

              
函数描述：
    这 6 个 exec 函数之间的区别在于：(a)待执行的程序的文件名是由文件名(file)指定还是由路径名

    (path)指定；(b)新程序的参数是一一列出还是由一个指针数组来引用；(c)把调用进程的环境传递给新

    程序还是给新程序指定新的环境。这些函数只在出错时才返回调用者。否则，控制权将传递给新程序的

    起始点。通常就是 main 函数。一般来说 execve 是内核中的系统调用，其他 5 个都是调用 execve

    的库函数。
 
7、getsockname 和 getpeername 函数

1. #include <sys/socket.h>
2. int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *localaddr, socklen_t *addrlen);
3. int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, socklen_t *addrlen);
4. 返回：成功则不返回，出错则为-1。

    这两个函数返回与某个套接字关联的本地协议地址(getsockname)，或者返回与某个套接字关联的外地协

    议地址(getpeername)。