【文章內(nèi)容簡介】 定義，這是為了防止編譯器在優(yōu)化時（如 gcc 中使用 OX參數(shù)）改變它們的使用方式。為了保護變量，我們必須使用信號量、互斥等方法來保證我們對變量的正確使用。 基于 linux 的 socket 網(wǎng)絡編程 端口和套接口 若一臺主機上同時有多個應用程序運行，他們都有可能使用 TCP 或 UDP協(xié)議進行通信，則傳輸層協(xié)議收到數(shù)據(jù)后如何區(qū)分數(shù)據(jù)是傳給哪一個應用程序的呢？為此引用了端口和套接口。 端口：標識傳輸層與應用程序的數(shù)據(jù)接口（服務訪問點 SAP），每個端口有一個 16位的標識符，稱為端口號 。 套接口： IP 地址與端口號的組合，用來標識全網(wǎng)范圍內(nèi)的唯一一個端口，在 TCP 協(xié)議中用來標識一個連接。網(wǎng)絡應用程序之間通過套接口來實現(xiàn)通信。常用的 Socket 類型有三種：流式套接口、數(shù)據(jù)報式套接口和原始套接口。流式是一種面向連接的 Socket，針對于面向連接的 TCP 服務應用；數(shù)據(jù)報式Socket 是一種無連接的 Socket，對應于無連接的 UDP 服務應用；原始套接口是針對網(wǎng)絡層編程用的套接口，例如 ping 命令的編寫要用到原始套接口，因為ping 的底層協(xié)議是 ICMP，而 ICMP 屬于網(wǎng)絡層。 TCP/IP 協(xié)議模型及 各層所用協(xié)議 如圖所示。 10 TCP/IP 協(xié)議模型及各層所用協(xié)議 套接字和套接口地址結構 套接字是套接口描述字的簡稱，是整型數(shù)字，它于文件描述符共用一段數(shù)值空間 0～ 65535。應用程序中使用套接字來調(diào)用套接口，套接字可認為是指向套接口的指針，就像文件描述符是指向文件的指針一樣。 套接字和端口號是最容易混淆的兩個概念，套接字不是人為指定的，而是由 Socket（）的返回返回值決定的。一般來說，該套接字（文件描述符號）是系統(tǒng)當前可用的，并且是數(shù)值最小的整型描述符；端口號是客戶應用程序中一般不認為指定， 而在服務器應用程序中必須指定，以為服務器應用程序要在某個固定端口上監(jiān)聽。 Linux 支持多種套接 口地址結構，在這兒只介紹一下 IPV4 套接口地址結構和通用套接口地址結構。 struct sockaddr { unsigned short sa_family。 /* 地址族， AF_XXX */ char sa_data[14]。 /* 14 字節(jié)的協(xié)議地址 */ }。 sa_family 一般為 AF_INET。 sa_data 則包含該 socket 的 IP地址和端口號。 IPV4 套接口地址結構 struct sockaddr_in 的定義如下： struct sockaddr_in{ short int sin_family。 /* 地址族 */ unsigned short int sin_port。 /* 端口號 */ struct in_addr sin_addr。 /* Inter 地址 */ unsigned char sin_zero[8]。 /* 添 0（和 struct sockaddr 一樣大小 */ 應用層 傳輸層 網(wǎng)絡層 通信子網(wǎng)層 ， tel， ftp，? Dns， rip， snmp TCP TCP ， FDDI， PPP，?? IP 端口 SAP SAP ARP ,RARP ICMP ,IGMP 11 }。 指向 sockaddr_in 的指針和指向 sockaddr 的指針可以相互轉(zhuǎn)換，這意味著如果一個函數(shù)所需參數(shù)類型是 sockaddr 時，你可以在函數(shù)調(diào)用的時候?qū)⒁粋€指向 sockaddr_in 的指針轉(zhuǎn)換為指向 sickaddr 的指針；或者相反。 sin_family通常被賦值 AF_INET。sin_port 和 sin_sddr 應該轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡字節(jié)優(yōu)先順序； struct in_addr 其定義如下： struct in_addr{ unsigned long s_addr。 }。 如果你聲明了一個 ina 作為一個 struct sockaddr_in 的結 構，那么 就是 4個字節(jié)的 IP 地址（按網(wǎng)絡字節(jié)順序排放） 基本轉(zhuǎn)換函數(shù) 網(wǎng)絡字節(jié)順序 因為每一個機器內(nèi)部對變量的字節(jié)存儲順序不同（有的系統(tǒng)是高位在前，地位在后，而有的系統(tǒng)是低位在前，高位在后），而網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一定要統(tǒng)一順序的。所以對與內(nèi)部字節(jié)表示順序和網(wǎng)絡字節(jié)順序不同的機器，一定要對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換（比如 IP 地址的表示，端口號的表示）。 1. 有關的轉(zhuǎn)換函數(shù) 套接字字節(jié)轉(zhuǎn)換程序的列表： htons（） —— “Host to Network Short” 主機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換 網(wǎng)絡字節(jié)順序（對無符號短型進行操作 4 bytes）。 htonl（） —— “Host to Network Long” 主機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡字節(jié)順序（對無符號短型進行操作 8 bytes）。 ntohs（） —— “Network to Host Short” 網(wǎng)絡字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)順序（對無符號短型進行操作 4 bytes）。 ntohl（） —— “Network to Host Long” 網(wǎng)絡字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)順序（對無符號長型進行操作 8 bytes）。 2. IP 地址轉(zhuǎn)換 函數(shù) i_addr（），它能夠把一個用數(shù)字和點表示 IP 地址的字符串轉(zhuǎn)換成一個無符號長整型。 假設有一個 struct sockaddr_in ina,并且 IP 是 ，想把它存儲到 ina，可以使用 i_addr（）。 12 = i_addr(“”)。 (注： i_addr()返回的地方已經(jīng)是網(wǎng)絡字節(jié)順序了 ) 也可以把一個 struct in_addr 代表的 IP地址打印出來（按照 數(shù)字 .數(shù)字 .數(shù)字 .數(shù)字的格式）如 printf(“%s”,i_ntoa() )。 socket（）和 bind（）函數(shù) 原型： int socket(int domain,int type, int protocol). 功能：創(chuàng)建指定類型的套接口并返回套接口描述符。 參數(shù)說明： domain 參數(shù)指定 socket 的域名，為 AF_INET 或 AF_UNIX。 type指定套接口的類型，為 SOCK_STREAM、 SOCK_DGRAM 或 SOCK_RAW。protocol 通常賦值 “0” 。 原型： int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr ,int addrlen). 功能：使套接口與 IP地址和端口號綁定。 參數(shù)說明： sockfd 是一個 socket 描述符， my_addr 是一個指向包含有本機IP 地址及端口號等信息的 sockaddr 類型（通用套接口地址類型）的指針；addrlen 常被設置為 sizeof(struct sockaddr).另外，可以用下面的賦值實現(xiàn)自動獲得本機 IP地址和隨即機獲取一個沒有被占用的端口號： = 0。 /*系統(tǒng)隨機選 擇一個未被使用的端口號 */ = INADDR_ANY； /*填入本機 IP 地方 */ 原型： close(sockfd)。 功能：關閉套接字，執(zhí)行 close()之后，套接字將不再允許進行讀操作和寫操作。 說明： sockfd 是一個要關閉的套接字。 listen（）和 accept（）函數(shù) 原型： int connect( int sockfd,struct sockaddr *serv_addr,int addrlen)。 功能：用來與遠端服務器建立一個 TCP 連接。 參數(shù)說明： sockfd 是本地的 sockfd 描述符； serv_addr 是包含目的主機IP地址和端口號的指針。 原型： int listen(int sockfd, int backlog)。 功能： socket 與某一端口捆綁以后，就需要監(jiān)聽該端口，以便到達的服務請求加以處理。 參數(shù)說明： sockfd 是 socket（）系統(tǒng)調(diào)用返回的 socket 描述符； backlog 13 指定在請求隊列中允許的最大請求數(shù)，進入的連接請求將在隊列中等待被accept（）。 原型： int accept(int sockfd, void *addr,int *addrlen )。 功能：接受連接隊列的服務請求，并返回一個新的 socket 描述符，來供這個新連接來使用。 參數(shù)說明： sockfd 是被監(jiān)聽的 socket 描述符， addr 通常是一個指向sockaddr_in 變量的指針，該變量用來存放提出請求服務的主機的信息（某臺主機從某個端口發(fā)出該請求）； addrlen 通常為一個指向值為 sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。 返回值：整型套接口描述符。 在這里須注意，服務器 并不是通過監(jiān)聽端口來與客戶連接并通信，而是產(chǎn)生一個新的套接口與客戶通信。例如 Web 服務器在 80 號端口監(jiān)聽，當有客戶向80號端口發(fā)出連接請求時 （如 圖 3－ 2 所示） ，服務器將接受請求且由服務器進程派生出子進程和新的套接口（由 accept（）的返回值指向）來與客戶連接并通信 （如 圖 所示） 。 圖 客戶向服務器監(jiān)聽端口發(fā)連接 圖 服務器 accept（）后與客戶建立連接 socket 中 TCP 的三次握手建立連接詳解 我們知道 tcp 建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程如下： 客戶端向服務器發(fā)送一個 SYN J 服務器向客戶端響應一個 SYN K，并對 SYN J 進行確認 ACK J+1 客戶端再想服務器發(fā)一個確認 ACK K+1 只有就完了三次握手，但是這個三次握手發(fā)生在 socket 的那幾個函數(shù)中呢？ 如 圖： Listenfd Client client Listenfd connfd 14 、 socket 中 TCP 的四次握手釋放連接詳解 上面介紹了 socket 中 TCP 的三次握手建立過程，及其涉及的 socket 函數(shù)?，F(xiàn)在我們介紹 socket 中的四次握手釋放連接的過程，請看下圖： 圖示過程為：某個應用進程首先調(diào)用 close 主動關閉連接，這時 TCP 發(fā)送一個FIN M；另一端接收到 FIN M 之后，執(zhí)行被動關閉，對這個 FIN 進行確認。它的接收也作為文件結束符傳遞給應用進程，因為 FIN的接收意味著應用進程在相應的連接上再也接收不到額外數(shù)據(jù)；一段時間之后，接收到文件結束符的應用進程調(diào)用 close 關閉它的 socket。這導致它的 TCP 也發(fā)送一個 FIN N；接收到這個 FIN 的源發(fā)送端 TCP 對它進行確認。這樣每個方向上都有一個 FIN 和 ACK 15 第五 章 linux 下 socket 編程實現(xiàn)過程 聊天室 socket 編譯鏈接過程 1 監(jiān)聽鏈接 利用 socket， bind， listen 建立鏈接，步驟是： (1) 先利用 socket 函數(shù)處事話 socket 端口，獲得 sock_fd（一種文件描述符）。 Sock_fd = socket（ AF_INET, SOCK_STREAM, 0） , AF_INET 為 IPV4協(xié)議， SOCK_STREAM 為使用 socket 的 流 模式 。 (2) IP 地址及其處理過程詳見上一章。 (3) 使用 bind 函數(shù)綁定端口及其 IP地址。 (4) 利用 listen 函數(shù)監(jiān)聽。 2 發(fā)送請求 (1) 獲取主機信息 (2) 初始化 socket 端口 (3)利用 connect 函數(shù)講自己的 IP 地址等信息發(fā)送到主機，等待主機接受信息。 3 主機接受請求通信開始 （ 1） 主機利用 accept 接收請求 （ 2） 創(chuàng)建子進程，顯示出聊天室界面 （ 3） 接收返回信息，顯示鏈接成功，并退出鏈接。 （ 4） 關閉客戶端 socket。 4 詳細流程圖 : 16 具體操作 (1)在 Linux 的 VI 編輯器下編寫服務器端程序 serv． c 和客戶端程序 。運用交叉編譯工具 armlinuxgcc,執(zhí)行編譯指令生成可執(zhí)行文件。 其 makefile 指令為： CC := gcc CFLAGS += w g O O2 O3 o RM := rm rf *~ LIBS := lpthread all: $(CC) $(CFLAGS) multithread_tcp_server $(LIBS) $(CC) $(CFLAGS) multithread_tcp_client $(LIBS) clean: $(RM) 執(zhí)行編譯命令為： 編譯沒有錯誤則會生成可執(zhí)行文件。 17 (2)配置服務器和客戶端的 IP，保證網(wǎng)絡暢通，在 s