内容来自于：
https://www.nowcoder.com/courses/cover/live/504
便于复习。
1、字节序
判断时候小端字节序还是大端字节序
小端字节序：数字高位在内存高地址存放，低位在内存低地址存放
大端字节序：与小端相反
# include <stdio.h>
int main() {
union {
short value;
char bytes[sizeof(short)];
} test;
test.value = 0x0102;
if(test.bytes[0] == 1 && test.bytes[1] == 2) {
printf("大端字节序");
}
else if(test.bytes[0] == 2 && test.bytes[1] == 1) {
printf("小端字节序");
}
return 0;
}1.1 字节序转换函数
#include <arpa/inet.h>
// 转换端口
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 主机字节序 - 网络字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 主机字节序 - 网络字节序
// 转IP
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 主机字节序 - 网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 主机字节序 - 网络字节序
h - host 主机，主机字节序
to - 转换成什么
n - network 网络字节序
s - short unsigned short
l - long unsigned int
# include <stdio.h>
# include <arpa/inet.h>
//网络通信时， 需要将网络字节序转换为网络字节序
//另外一段根据实际情况将网络字节序转换为主机字节序
int main() {
unsigned short a = 0x0102;
unsigned short b = htons(a);
printf("%x\n", b);
printf("%x\n", a);
}
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
// htons 转换端口
unsigned short a = 0x0102;
printf("a : %x\n", a);
unsigned short b = htons(a);
printf("b : %x\n", b);
printf("=======================\n");
// htonl 转换IP
char buf[4] = {192, 168, 1, 100};
int num = *(int *)buf;
int sum = htonl(num);
unsigned char *p = (char *)∑
printf("%d %d %d %d\n", *p, *(p+1), *(p+2), *(p+3));
printf("=======================\n");
// ntohl
unsigned char buf1[4] = {1, 1, 168, 192};
int num1 = *(int *)buf1;
int sum1 = ntohl(num1);
unsigned char *p1 = (unsigned char *)&sum1;
printf("%d %d %d %d\n", *p1, *(p1+1), *(p1+2), *(p1+3));
// ntohs
return 0;
}2 socket地址
// socket地址其实是一个结构体，封装端口号和IP等信息。后面的socket相关的api中需要使用到这个 socket地址。 // 客户端 -> 服务器（IP, Port）
2.1 通用 socket 地址
socket 网络编程接口中表示 socket 地址的是结构体 sockaddr，其定义如下：
#include <bits/socket.h> struct sockaddr { sa_family_t sa_family; char sa_data[14]; }; typedef unsigned short int sa_family_t;sa_family 成员是地址族类型（sa_family_t）的变量。地址族类型通常与协议族类型对应。常见的协议 族（protocol family，也称 domain）和对应的地址族入下所示：
协议族 地址族 描述 PF_UNIX AF_UNIX UNIX本地域协议族 PF_INET AF_INET TCP/IPv4协议族 PF_INET6 AF_INET6 TCP/IPv6协议族宏 PF_* 和 AF_* 都定义在 bits/socket.h 头文件中，且后者与前者有完全相同的值，所以二者通常混 用。
sa_data 成员用于存放 socket 地址值。但是，不同的协议族的地址值具有不同的含义和长度，如下所 示：
协议族 地址值含义和长度 PF_UNIX 文件的路径名，长度可达到108字节 PF_INET 16 bit 端口号和 32 bit IPv4 地址，共 6 字节 PF_INET6 16 bit 端口号，32 bit 流标识，128 bit IPv6 地址，32 bit 范围 ID，共 26 字节由上表可知，14 字节的 sa_data 根本无法容纳多数协议族的地址值。因此，Linux 定义了下面这个新的 通用的 socket 地址结构体，这个结构体不仅提供了足够大的空间用于存放地址值，而且是内存对齐的。
结构体： #include <bits/socket.h> struct sockaddr_storage { sa_family_t sa_family; unsigned long int __ss_align; char __ss_padding[ 128 - sizeof(__ss_align) ]; }; typedef unsigned short int sa_family_t;
3、专用socket地址
很多网络编程函数诞生早于 IPv4 协议，那时候都使用的是 struct sockaddr 结构体，为了向前兼容，现 在sockaddr 退化成了（void *）的作用，传递一个地址给函数，至于这个函数是 sockaddr_in 还是 sockaddr_in6，由地址族确定，然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型。
#include <sys/un.h>
struct sockaddr_un
{
sa_family_t sin_family;
char sun_path[108];
};TCP/IP 协议族有 sockaddr_in 和 sockaddr_in6 两个专用的 socket 地址结构体，它们分别用于 IPv4 和 IPv6：
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; /* __SOCKADDR_COMMON(sin_) */
in_port_t sin_port; /* Port number. */
struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */
/* Pad to size of `struct sockaddr'. */
unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
sizeof (in_port_t) - sizeof (struct in_addr)];
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
struct sockaddr_in6
{
sa_family_t sin6_family;
in_port_t sin6_port; /* Transport layer port # */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6 scope-id */
};
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int uint32_t;
typedef uint16_t in_port_t;
typedef uint32_t in_addr_t;
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof (unsigned short int))
4、. IP地址转换（字符串ip-整数 ，主机、网络 字节序的转换）
通常，人们习惯用可读性好的字符串来表示 IP 地址，比如用点分十进制字符串表示 IPv4 地址，以及用 十六进制字符串表示 IPv6 地址。但编程中我们需要先把它们转化为整数（二进制数）方能使用。而记录 日志时则相反，我们要把整数表示的 IP 地址转化为可读的字符串。下面 3 个函数可用于用点分十进制字 符串表示的 IPv4 地址和用网络字节序整数表示的 IPv4 地址之间的转换：
#include <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
# include<stdio.h>
# include<arpa/inet.h>
int main() {
char * str = "199.5.3.2";
struct in_addr a;
a.s_addr = 199532;
char *temp = inet_ntoa(a);
printf("%s\n", temp);
int t = inet_addr(temp);
printf("%d\n", t);
struct in_addr *p;
int c = inet_aton(temp, p);
printf("%d\n", c);
printf("%u\n", p->s_addr);
return 0;
}下面这对更新的函数也能完成前面 3 个函数同样的功能，并且它们同时适用 IPv4 地址和 IPv6 地址（以后用下面的函数）：
include <arpa/inet.h>
// p:点分十进制的IP字符串，n:表示network，网络字节序的整数
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
af:地址族： AF_INET AF_INET6
src:需要转换的点分十进制的IP字符串
dst:转换后的结果保存在这个里面
// 将网络字节序的整数，转换成点分十进制的IP地址字符串
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
af:地址族： AF_INET AF_INET6
src: 要转换的ip的整数的地址
dst: 转换成IP地址字符串保存的地方
size：第三个参数的大小（数组的大小）
返回值：返回转换后的数据的地址（字符串），和 dst 是一样的
# include<stdio.h>
# include<arpa/inet.h>
int main() {
char buf[] = "192.168.1.4";
unsigned int num = 0;
inet_pton(AF_INET, buf, &num);
unsigned char *p = (unsigned char *)#
printf("%d %d %d %d\n", *p, *(p + 1), *(p + 2), *(p + 3));
char str[16];
const char *t = inet_ntop(AF_INET6, &num, str, 16);
printf("%d\n", t == str);
printf("%ld\n", sizeof(t));
printf("%s\n", t);
return 0;
}5、TCP通信流程
// TCP 和 UDP -> 传输层的协议
UDP:用户数据报协议，面向无连接，可以单播，多播，广播， 面向数据报，不可靠
TCP:传输控制协议，面向连接的，可靠的，基于字节流，仅支持单播传输
UDP TCP
是否创建连接 无连接 面向连接
是否可靠 不可靠 可靠的
连接的对象个数 一对一、一对多、多对一、多对多 支持一对一
传输的方式 面向数据报 面向字节流
首部开销 8个字节 最少20个字节
适用场景 实时应用（视频会议，直播） 可靠性高的应用（文件传输）
// TCP 通信的流程
5.1 服务器端 （被动接受连接的角色）
1. 创建一个用于监听的套接字
- 监听：监听有客户端的连接
- 套接字：这个套接字其实就是一个文件描述符
2. 将这个监听文件描述符和本地的IP和端口绑定（IP和端口就是服务器的地址信息）
- 客户端连接服务器的时候使用的就是这个IP和端口
3. 设置监听，监听的fd开始工作（看读缓冲区是否有数据）
4. 阻塞等待，当有客户端发起连接，解除阻塞，接受客户端的连接，会得到一个和客户端通信的套接字（fd）
5. 通信
- 接收数据
- 发送数据
6. 通信结束，断开连接
6. 套接字函数
// 客户端5.2 客服端（主动接受连接的角色）
1. 创建一个用于通信的套接字（fd） （端口是随机的）
2. 连接服务器，需要指定连接的服务器的 IP 和 端口
3. 连接成功了，客户端可以直接和服务器通信
- 接收数据
- 发送数据
4. 通信结束，断开连接
6. 套接字函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h> // 包含了这个头文件，上面两个就可以省略int socket(int domain, int type, int protocol);
- 功能：创建一个套接字
- 参数：
- domain: 协议族
AF_INET : ipv4
AF_INET6 : ipv6
AF_UNIX, AF_LOCAL : 本地套接字通信（进程间通信）
- type: 通信过程中使用的协议类型
SOCK_STREAM : 流式协议
SOCK_DGRAM : 报式协议
- protocol : 具体的一个协议。一般写0
- SOCK_STREAM : 流式协议默认使用 TCP
- SOCK_DGRAM : 报式协议默认使用 UDP
- 返回值：
- 成功：返回文件描述符，操作的就是内核缓冲区。
- 失败：-1int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // socket命
名
- 功能：绑定，将fd 和本地的IP + 端口进行绑定
- 参数：
- sockfd : 通过socket函数得到的文件描述符
- addr : 需要绑定的socket地址，这个地址封装了ip和端口号的信息
- addrlen : 第二个参数结构体占的内存大小int listen(int sockfd, int backlog); // /proc/sys/net/core/somaxconn
- 功能：监听这个socket上的连接
- 参数：
- sockfd : 通过socket()函数得到的文件描述符
- backlog : 未连接的和已经连接的和的最大值， 5int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- 功能：接收客户端连接，默认是一个阻塞的函数，阻塞等待客户端连接
- 参数：
- sockfd : 用于监听的文件描述符
- addr : 传出参数，记录了连接成功后客户端的地址信息（ip，port）
- addrlen : 指定第二个参数的对应的内存大小
- 返回值：
- 成功 ：用于通信的文件描述符
- -1 ： 失败int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); - 功能： 客户端连接服务器 - 参数： - sockfd : 用于通信的文件描述符 - addr : 客户端要连接的服务器的地址信息 - addrlen : 第二个参数的内存大小 - 返回值：成功 0， 失败 -1 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); // 写数据 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); // 读数据
6.1 server.c
//实现通信的服务端
# include <stdio.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <unistd.h>
# include <string.h>
# include <stdlib.h>
int main() {
//1/创建socket套接字
int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(lfd == -1) {
perror("socket");
exit(0);
}
//绑定主机的端口号和ip
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
//inet_pton(AF_INET, "192.168.11.128", saddr->sin_addr.s_addr);
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //0.0.0.0 任意地址
saddr.sin_port = htons(9999);
int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(0);
}
//监听
ret = listen(lfd, 8);
if(ret == -1) {
perror("listen");
exit(0);
}
//接收客服端的链接
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t len = sizeof(clientaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &len);
if(cfd == -1) {
perror("accept");
exit(0);
}
//输出客服端的信息
char clientIP[16];
inet_ntop(AF_INET, &clientaddr.sin_addr.s_addr, clientIP, sizeof(clientIP));
unsigned short clientPort = ntohs(clientaddr.sin_port);
printf("client ip is %s, port is %d\n", clientIP, clientPort);
//获取客服端数据
char recvBuf[1024] = {0};
while(1) {
len = read(cfd, &recvBuf, sizeof(recvBuf));
//printf("%d", len);
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
}
else if(len > 0) {
printf("recv client data : %s\n", recvBuf);
} else if(len == 0) {
printf("client closed...");
break;
}
char * data = "hello, I am server";
write(cfd, data, strlen(data));
}
close(cfd);
close(lfd);
return 0;
}6.2 client.c
# include <stdio.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <unistd.h>
# include <string.h>
# include <stdlib.h>
int main() {
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(0);
}
//链接服务器端
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "192.168.11.128", &serveraddr.sin_addr.s_addr);
serveraddr.sin_port = htons(9999);
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
if(ret == -1) {
perror("connect");
exit(0);
}
char recvBuf[1024] = {0};
while(1) {
char * data = "hello, I am client";
write(fd, data, strlen(data));
//这里必须赋值，不然收到信息不全
int len = read(fd, recvBuf, sizeof(recvBuf));
//printf("%d", len);
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
}
else if(len > 0) {
printf("recv server data : %s\n", recvBuf);
} else if(len == 0) {
printf("server closed...");
break;
}
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}7. TCP 三次握手
TCP 是一种面向连接的单播协议，在发送数据前，通信双方必须在彼此间建立一条连接。所谓的“连接”，其实是客户端和服务器的内存里保存的一份关于对方的信息，如 IP 地址、端口号等。
TCP 可以看成是一种字节流，它会处理 IP 层或以下的层的丢包、重复以及错误问题。在连接的建立过程中，双方需要交换一些连接的参数。这些参数可以放在 TCP 头部。
TCP 提供了一种可靠、面向连接、字节流、传输层的服务，采用三次握手建立一个连接。采用 四次挥手来关闭一个连接。
三次握手的目的是保证双方互相建立了连接。
三次握手发生在客户端connect的时候
三次握手：
第一次握手：
1、客户端将SYN标志置为1，
2、生成一个随机的32位序列号seq = J，这个序列号后面是可以携带数据的（数据的大小）
第二次握手：
1、服务器端接收客服端的连接，ACK = 1
2、服务器会回发一个出人序号，ack = 客户端的序号 + 数据长度 + SYN/ FIN(按一个字节算)
3、服务器端会向客户端发起连接请求：SYN = 1
4、服务器会生成一个随机序号：seq = k
第三次握手：
1、客户端应答服务器的连接请求：ACK = 1;
2、客户端回复收到了服务器端的数据：ack = 服务端的序号 + 数据的长度 + SYN/ FIN(按一个字节算)
16 位端口号（port number）：告知主机报文段是来自哪里（源端口）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口）的。进行 TCP 通信时，客户端通常使用系统自动选择的临时端口号。
32 位序号（sequence number）：一次 TCP 通信（从 TCP 连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。假设主机 A 和主机 B 进行 TCP 通信，A 发送给 B 的第一个TCP 报文段中，序号值被系统初始化为某个随机值 ISN（Initial Sequence Number，初始序号值）。那么在该传输方向上（从 A 到 B），后续的 TCP 报文段中序号值将被系统设置成 ISN 加上报文段所携带数据的第一个字节在整个字节流中的偏移。例如，某个 TCP 报文段传送的数据是字节流中的第 1025 ~ 2048 字节，那么该报文段的序号值就是 ISN + 1025。另外一个传输方向（从B 到 A）的 TCP 报文段的序号值也具有相同的含义。
32 位确认号（acknowledgement number）：用作对另一方发送来的 TCP 报文段的响应。其值是收到的 TCP 报文段的序号值 + 标志位长度（SYN，FIN） + 数据长度 。假设主机 A 和主机 B 进行CP 通信，那么 A 发送出的 TCP 报文段不仅携带自己的序号，而且包含对 B 发送来的 T报文段的确认号。反之，B 发送出的 TCP 报文段也同样携带自己的序号和对 A 发送来的报文段的确认序号。
4 位头部长度（head length）：标识该 TCP 头部有多少个 32 bit(4 字节)。因为 4 位最大能表示15，所以 TCP 头部最长是60 字节。
6 位标志位包含如下几项：
URG 标志，表示紧急指针（urgent pointer）是否有效。ACK 标志，表示确认号是否有效。我们称携带 ACK 标志的 TCP 报文段为确认报文段。
PSH 标志，提示接收端应用程序应该立即从 TCP 接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间（如果应用程序不将接收到的数据读走，它们就会一直停留在 TCP 接收缓冲区中）。
RST 标志，表示要求对方重新建立连接。我们称携带 RST 标志的 TCP 报文段为复位报文段。
SYN 标志，表示请求建立一个连接。我们称携带 SYN 标志的 TCP 报文段为同步报文段
FIN 标志，表示通知对方本端要关闭连接了。我们称携带 FIN 标志的 TCP 报文段为结束报文
段。16 位窗口大小（window size）：是 TCP 流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口（Receiver Window，RWND）。它告诉对方本端的 TCP 接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。
16 位校验和（TCP checksum）：由发送端填充，接收端对 TCP 报文段执行 CRC 算法以校验TCP 报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括 TCP 头部，也包括数据部分。这也是 TCP 可靠传输的一个重要保障。
16 位紧急指针（urgent pointer）：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一个字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP 的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。
8 滑动窗口
滑动窗口（Sliding window）是一种流量控制技术。早期的网络通信中，通信双方不会考虑网络的 拥挤情况直接发送数据。由于大家不知道网络拥塞状况，同时发送数据，导致中间节点阻塞掉包， 谁也发不了数据，所以就有了滑动窗口机制来解决此问题。滑动窗口协议是用来改善吞吐量的一种 技术，即容许发送方在接收任何应答之前传送附加的包。接收方告诉发送方在某一时刻能送多少包 （称窗口尺寸）。 TCP 中采用滑动窗口来进行传输控制，滑动窗口的大小意味着接收方还有多大的缓冲区可以用于 接收数据。发送方可以通过滑动窗口的大小来确定应该发送多少字节的数据。当滑动窗口为 0 时，发送方一般不能再发送数据报。 滑动窗口是 TCP 中实现诸如 ACK 确认、流量控制、拥塞控制的承载结构。
窗口理解为缓冲区的大小。
滑动窗口的大小会随着发送数据和接收数据而变化。
客户端：
发送缓冲区（发送缓冲区窗口）
接收缓冲区（接收缓冲区窗口）
服务器端：
发送缓冲区（发送缓冲区窗口）
接收缓冲区（接收缓冲区窗口）
发送方缓冲区：
白色格子：空闲的空间。
灰色格子：数据已经被发送出去，但是还没有被接收
紫色格子：还没有发送出去的数据
接收方缓冲区：
白色格子：空闲时间。
紫色格子：已经接收到的数据
#mss : Maximum Segment Size (一条数据的最大的数据量)
# win 滑动窗口
1、客户端向服务器发起连接，客户端的窗口是4096，一次发送的最大数据为1460
2、服务器接收连接情况，告诉客户端服务器窗口大小是6411.一次发送的最大数据量是1024
3、第三次握手
4、4-9客户端连续给服务器发送了6k数据，每次发送1k
9 TCP四次挥手
四次挥手发送在断开连接的时候，在程序中调用了close()会使用TCP协议进行四次挥手。
客户端和服务端都可以主动发起，断开连接，谁先调用close，谁就是发起。
因为在TCP连接的时候，采用三次握手建立的连接是双向的，在断开的时候 也是双向的。
10 TCP 通信并发
实现TCP通信服务器处理并发的任务，使用线程或者多线程来解决。
思路：
1、一个父进程，多个子进程
2、父进程负责等待客户端的链接
4、子进程：完成通信，接受一个客户端连接，就创建一个子进程用于通信
10.1 TCP状态转换
10.1 clienter.c
# include <stdio.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <unistd.h>
# include <stdlib.h>
# include <string.h>
# include <signal.h>
# include <wait.h>
# include <errno.h>
void recyleChild(int arg ) {
while(1) {
int ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
if(ret == -1) {
break;
}
else if(ret == 0) {
break;
}
else if(ret > 0) {
printf("子进程 %d 被回收了 \n", ret);
}
}
}
int main() {
//信号捕捉
struct sigaction act;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_handler = recyleChild;
sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);
//创建socket关键字
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(9999);
int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(0);
}
ret = listen(fd, 128);
if(ret == -1) {
perror("listen");
exit(0);
}
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
while(1) {
int cld = accept(fd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
if(cld == -1) {
if(errno == EINTR) {
continue;
}
perror("accept");
exit(0);
}
//每一个连接进来创建一个子进程，进行通信
pid_t pid = fork();
if(pid == 0) {
//子进程
//获取客户端信息
char clipIp[16];
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, clipIp, sizeof(clipIp));
unsigned short cliPort = ntohs(cliaddr.sin_port);
printf("client ip is : %s, port is %d\n", clipIp, cliPort);
char recvBuf[1024];
while(1) {
int len = read(cld, recvBuf, sizeof(recvBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
}
else if(len > 0) {
printf("recv client data : %s\n", recvBuf);
} else if(len == 0) {
printf("client closed...\n");
}
write(cld, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1);
}
close(cld);
exit(0);
}
}
return 0;
}10.2 server_process
# include <stdio.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <unistd.h>
# include <string.h>
# include <stdlib.h>
# include <signal.h>
# include <wait.h>
void recyleChild(int arg ) {
while(1) {
int ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
if(ret == -1) {
break;
}
else if(ret == 0) {
break;
}
else if(ret > 0) {
printf("子进程 %d 被回收了 \n", ret);
}
}
}
int main() {
//信号捕捉
struct sigaction act;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_handler = recyleChild;
sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(0);
}
//链接服务器端
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "192.168.11.128", &serveraddr.sin_addr.s_addr);
serveraddr.sin_port = htons(9999);
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
if(ret == -1) {
perror("connect");
exit(0);
}
char recvBuf[1024];
int i = 0;
while(1) {
sprintf(recvBuf, " data : %d\n", i++);
char * data = "hello, I am client";
write(fd, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1);
sleep(1);
int len = read(fd, recvBuf, sizeof(recvBuf));
//printf("%d", len);
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
}
else if(len > 0) {
printf("recv server data : %s\n", recvBuf);
} else if(len == 0) {
printf("server closed...\n");
break;
}
}
close(fd);
return 0;
}10.3 server_thread.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
struct sockInfo {
int fd; // 通信的文件描述符
struct sockaddr_in addr;
pthread_t tid; // 线程号
};
struct sockInfo sockinfos[128];
void * working(void * arg) {
// 子线程和客户端通信 cfd 客户端的信息 线程号
// 获取客户端的信息
struct sockInfo * pinfo = (struct sockInfo *)arg;
char cliIp[16];
inet_ntop(AF_INET, &pinfo->addr.sin_addr.s_addr, cliIp, sizeof(cliIp));
unsigned short cliPort = ntohs(pinfo->addr.sin_port);
printf("client ip is : %s, prot is %d\n", cliIp, cliPort);
// 接收客户端发来的数据
char recvBuf[1024];
while(1) {
int len = read(pinfo->fd, &recvBuf, sizeof(recvBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
}else if(len > 0) {
printf("recv client : %s\n", recvBuf);
} else if(len == 0) {
printf("client closed....\n");
break;
}
write(pinfo->fd, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1);
}
close(pinfo->fd);
return NULL;
}
int main() {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(lfd == -1){
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定
int ret = bind(lfd,(struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
// 监听
ret = listen(lfd, 128);
if(ret == -1) {
perror("listen");
exit(-1);
}
// 初始化数据
int max = sizeof(sockinfos) / sizeof(sockinfos[0]);
for(int i = 0; i < max; i++) {
bzero(&sockinfos[i], sizeof(sockinfos[i]));
sockinfos[i].fd = -1;
sockinfos[i].tid = -1;
}
// 循环等待客户端连接，一旦一个客户端连接进来，就创建一个子线程进行通信
while(1) {
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
// 接受连接
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);
struct sockInfo * pinfo;
for(int i = 0; i < max; i++) {
// 从这个数组中找到一个可以用的sockInfo元素
if(sockinfos[i].fd == -1) {
pinfo = &sockinfos[i];
break;
}
if(i == max - 1) {
sleep(1);
i--;
}
}
pinfo->fd = cfd;
memcpy(&pinfo->addr, &cliaddr, len);
// 创建子线程
pthread_create(&pinfo->tid, NULL, working, pinfo);
pthread_detach(pinfo->tid);
}
close(lfd);
return 0;
}
11、TCP的三次状态转换
2MSL（Maximum Segment Lifetime）
主动断开连接的一方, 最后进入一个 TIME_WAIT状态, 这个状态会持续: 2msl msl:
官方建议: 2分钟, 实际是30s
当 TCP 连接主动关闭方接收到被动关闭方发送的 FIN 和最终的 ACK 后，连接的主动关闭方 必须处于TIME_WAIT 状态并持续 2MSL 时间。
这样就能够让 TCP 连接的主动关闭方在它发送的 ACK 丢失的情况下重新发送最终的 ACK。
主动关闭方重新发送的最终 ACK 并不是因为被动关闭方重传了 ACK（它们并不消耗序列号， 被动关闭方也不会重传），而是因为被动关闭方重传了它的 FIN。事实上，被动关闭方总是 重传 FIN 直到它收到一个最终的 ACK。
半关闭
当 TCP 链接中 A 向 B 发送 FIN 请求关闭，另一端 B 回应 ACK 之后（A 端进入 FIN_WAIT_2 状态），并没有立即发送 FIN 给 A，A 方处于半连接状态（半开关），此时 A 可以接收 B 发 送的数据，但是 A 已经不能再向 B 发送数据。 从程序的角度，可以使用 API 来控制实现半连接状态
#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
sockfd: 需要关闭的socket的描述符
how: 允许为shutdown操作选择以下几种方式:
SHUT_RD(0)： 关闭sockfd上的读功能，此选项将不允许sockfd进行读操作。
该套接字不再接收数据，任何当前在套接字接受缓冲区的数据将被无声的丢弃掉。
SHUT_WR(1): 关闭sockfd的写功能，此选项将不允许sockfd进行写操作。进程不能在对此套接字发
出写操作。
SHUT_RDWR(2):关闭sockfd的读写功能。相当于调用shutdown两次：首先是以SHUT_RD,然后以
SHUT_WR使用 close 中止一个连接，但它只是减少描述符的引用计数，并不直接关闭连接，只有当描述符的引用 计数为 0 时才关闭连接。shutdown 不考虑描述符的引用计数，直接关闭描述符。也可选择中止一个方 向的连接，只中止读或只中止写。
通过fork()函数创建一个子进程， 其文件描述符是共享的
注意:
1. 如果有多个进程共享一个套接字，close 每被调用一次，计数减 1 ，直到计数为 0 时，也就是所用 进程都调用了 close，套接字将被释放。
2. 在多进程中如果一个进程调用了 shutdown(sfd, SHUT_RDWR) 后，其它的进程将无法进行通信。 但如果一个进程 close(sfd) 将不会影响到其它进程。
12 端口复用
端口复用最常用的用途是:
防止服务器重启时之前绑定的端口还未释放
程序突然退出而系统没有释放端口
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 设置套接字的属性（不仅仅能设置端口复用）
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t
optlen);
参数：
- sockfd : 要操作的文件描述符
- level : 级别 - SOL_SOCKET (端口复用的级别)
- optname : 选项的名称
- SO_REUSEADDR
- SO_REUSEPORT
- optval : 端口复用的值（整形）
- 1 : 可以复用
- 0 : 不可以复用
- optlen : optval参数的大小
端口复用，设置的时机是在服务器绑定端口之前。
setsockopt();
bind();
常看网络相关信息的命令
netstat
参数：
-a 所有的socket
-p 显示正在使用socket的程序的名称
-n 直接使用IP地址，而不通过域名服务器12.1 tpc_client.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
// 创建socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
return -1;
}
struct sockaddr_in seraddr;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(9999);
// 连接服务器
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
if(ret == -1){
perror("connect");
return -1;
}
while(1) {
char sendBuf[1024] = {0};
fgets(sendBuf, sizeof(sendBuf), stdin);
write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);
// 接收
int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
return -1;
}else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", sendBuf);
} else {
printf("服务器已经断开连接...\n");
break;
}
}
close(fd);
return 0;
}12.2 tpc_server.c
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(lfd == -1) {
perror("socket");
return -1;
}
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
saddr.sin_port = htons(9999);
//int optval = 1;
//setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));
int optval = 1;
setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &optval, sizeof(optval));
// 绑定
int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
return -1;
}
// 监听
ret = listen(lfd, 8);
if(ret == -1) {
perror("listen");
return -1;
}
// 接收客户端连接
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
if(cfd == -1) {
perror("accpet");
return -1;
}
// 获取客户端信息
char cliIp[16];
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, cliIp, sizeof(cliIp));
unsigned short cliPort = ntohs(cliaddr.sin_port);
// 输出客户端的信息
printf("client's ip is %s, and port is %d\n", cliIp, cliPort );
// 接收客户端发来的数据
char recvBuf[1024] = {0};
while(1) {
int len = recv(cfd, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
if(len == -1) {
perror("recv");
return -1;
} else if(len == 0) {
printf("客户端已经断开连接...\n");
break;
} else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", recvBuf);
}
// 小写转大写
for(int i = 0; i < len; ++i) {
recvBuf[i] = toupper(recvBuf[i]);
}
printf("after buf = %s\n", recvBuf);
// 大写字符串发给客户端
ret = send(cfd, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1, 0);
if(ret == -1) {
perror("send");
return -1;
}
}
close(cfd);
close(lfd);
return 0;
}
13. I/O多路复用（I/O多路转接）
I/O 多路复用使得程序能同时监听多个文件描述符，能够提高程序的性能，Linux 下实现 I/O 多路复用的 系统调用主要有 select、poll 和 epoll。
10个客服端连接进来，怎么知道那些客户端数据到达了？遍历对应的文件描述符那个读缓冲区有数据。
输入：将文件的数据输入到内存中
输出：将内存的数据输入到文件中
I/O : 对缓冲区的一个操作
13.1. select
主要思想：
1、首先构造一个文件描述符的列表，将要监听的文件描述符添加到该列表中
2、调用一个系统函数，监听该列表中的文件描述符，直到这些描述符中的一个或者多个进行I/O操作时，该函数才返回
a.这个函数是阻塞的
b.函数对文件描述符的检测操作是由内核完成的
3、在返回时，他会告诉进程有多少描述符进行了I/O操作
// sizeof(fd_set) = 128 1024
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
- 参数：
- nfds : 委托内核检测的最大文件描述符的值 + 1
- readfds : - 要检测的文件描述符的读的集合，委托内核检测哪些文件描述符的读的属性，
- 一般检测读操作
- 对应的是对方发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的就是读缓冲区
- readfds是一个传入传出参数
- writefds : 要检测的文件描述符的写的集合，委托内核检测哪些文件描述符的写的属性
- 委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满的就可以写）
- exceptfds : 检测发生异常的文件描述符的集合
- timeout : 设置的超时时间
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
- NULL : 永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化
- tv_sec = 0 tv_usec = 0， 不阻塞
- tv_sec > 0 tv_usec > 0， 阻塞对应的时间
- 返回值 :
- -1 : 失败
- >0(n) : 检测的集合中有n个文件描述符发生了变化
// 将参数文件描述符fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
// 判断fd对应的标志位是0还是1， 返回值 ： fd对应的标志位的值，0，返回0， 1，返回1
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
// 将参数文件描述符fd 对应的标志位，设置为1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
// fd_set一共有1024 bit, 全部初始化为0
void FD_ZERO(fd_set *set);
fd_set reads 128个字节 1024个位
for(int i = 0; i < i + 1; i++)
13.1.1 client.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
// 创建socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
return -1;
}
struct sockaddr_in seraddr;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(9999);
// 连接服务器
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
if(ret == -1){
perror("connect");
return -1;
}
int num = 0;
while(1) {
char sendBuf[1024] = {0};
sprintf(sendBuf, "send data %d", num++);
write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);
// 接收
int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
return -1;
}else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", sendBuf);
} else {
printf("服务器已经断开连接...\n");
break;
}
// sleep(1);
usleep(1000);
}
close(fd);
return 0;
}13.1.2 select.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
int main() {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定
bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
// 监听
listen(lfd, 8);
// 创建一个fd_set的集合，存放的是需要检测的文件描述符
fd_set rdset, tmp;
FD_ZERO(&rdset);
FD_SET(lfd, &rdset);
int maxfd = lfd;
while(1) {
tmp = rdset;
// 调用select系统函数，让内核帮检测哪些文件描述符有数据
int ret = select(maxfd + 1, &tmp, NULL, NULL, NULL);
if(ret == -1) {
perror("select");
exit(-1);
} else if(ret == 0) {
continue;
} else if(ret > 0) {
// 说明检测到了有文件描述符的对应的缓冲区的数据发生了改变
if(FD_ISSET(lfd, &tmp)) {
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
// 将新的文件描述符加入到集合中
FD_SET(cfd, &rdset);
// 更新最大的文件描述符
maxfd = maxfd > cfd ? maxfd : cfd;
}
for(int i = lfd + 1; i <= maxfd; i++) {
if(FD_ISSET(i, &tmp)) {
// 说明这个文件描述符对应的客户端发来了数据
char buf[1024] = {0};
int len = read(i, buf, sizeof(buf));
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if(len == 0) {
printf("client closed...\n");
close(i);
FD_CLR(i, &rdset);
} else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", buf);
write(i, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
}
close(lfd);
return 0;
}13.2 select 的缺点：
1、内核态与用户态之间的切换，浪费时间
2、申明数组，遍历时间，时间复杂度为O（n）
3、每次需要重置
14 POLL
#include <poll.h>
struct pollfd {
int fd; /* 委托内核检测的文件描述符 */
short events; /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */
short revents; /* 文件描述符实际发生的事件 */内核反馈出来的数值
};
struct pollfd myfd;
myfd.fd = 5;
myfd.events = POLLIN | POLLOUT;
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
- 参数：
- fds : 是一个struct pollfd 结构体数组，这是一个需要检测的文件描述符的集合
- nfds : 这个是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1
- timeout : 阻塞时长
0 : 不阻塞
-1 : 阻塞，当检测到需要检测的文件描述符有变化，解除阻塞
>0 : 阻塞的时长
- 返回值：
-1 : 失败
>0（n） : 成功,n表示检测到集合中有n个文件描述符发生变化
14.1 client.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
// 创建socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
return -1;
}
struct sockaddr_in seraddr;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(9999);
// 连接服务器
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
if(ret == -1){
perror("connect");
return -1;
}
int num = 0;
while(1) {
char sendBuf[1024] = {0};
sprintf(sendBuf, "send data %d", num++);
write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);
// 接收
int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
return -1;
}else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", sendBuf);
} else {
printf("服务器已经断开连接...\n");
break;
}
// sleep(1);
usleep(1000);
}
close(fd);
return 0;
}14.2 poll.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
int main() {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定
bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
// 监听
listen(lfd, 8);
// 初始化检测的文件描述符数组
struct pollfd fds[1024];
for(int i = 0; i < 1024; i++) {
fds[i].fd = -1;
fds[i].events = POLLIN;
}
fds[0].fd = lfd;
int nfds = 0;
while(1) {
// 调用poll系统函数，让内核帮检测哪些文件描述符有数据
int ret = poll(fds, nfds + 1, -1);
if(ret == -1) {
perror("poll");
exit(-1);
} else if(ret == 0) {
continue;
} else if(ret > 0) {
// 说明检测到了有文件描述符的对应的缓冲区的数据发生了改变
if(fds[0].revents & POLLIN) {
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
// 将新的文件描述符加入到集合中
for(int i = 1; i < 1024; i++) {
if(fds[i].fd == -1) {
fds[i].fd = cfd;
fds[i].events = POLLIN;
break;
}
}
// 更新最大的文件描述符的索引
nfds = nfds > cfd ? nfds : cfd;
}
for(int i = 1; i <= nfds; i++) {
if(fds[i].revents & POLLIN) {
// 说明这个文件描述符对应的客户端发来了数据
char buf[1024] = {0};
int len = read(fds[i].fd, buf, sizeof(buf));
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if(len == 0) {
printf("client closed...\n");
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1;
} else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", buf);
write(fds[i].fd, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
}
close(lfd);
return 0;
}
14.3 poll的缺点
15. epoll
epoll_creat 创建一个示例， 在内核中创建的，数据结构eventpoll.
数据结构里面有两个重要成员， rb_root rbr（红黑树）, list_head rdlist（就绪的链表）（检测有数据变化的文件描述符）。数据存储方式 红黑树。直接对内核态进行操作。
通过epoll_ctl进行操作。
# include <sys/epoll.h>
// 创建一个新的epoll实例。在内核中创建了一个数据，这个数据中有两个比较重要的数据，一个是需要检测的文件描述符的信息（红黑树），还有一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息（双向链表）。
1、int epoll_create(int size);
- 参数：
size : 目前没有意义了。随便写一个数，必须大于0
- 返回值：
-1 : 失败
> 0 : 文件描述符，操作epoll实例的2、Epoll 的工作模式：
LT 模式 （水平触发）
假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll 会一直通知
b.用户只读了一部分数据，epoll会通知
c.缓冲区的数据读完了，不通知
LT（level - triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 no-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。3、typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;/4、 struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};常见的Epoll检测事件：
- EPOLLIN
- EPOLLOUT
- EPOLLERR// 对epoll实例进行管理：添加文件描述符信息，删除信息，修改信息
5、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
- 参数：
- epfd : epoll实例对应的文件描述符
- op : 要进行什么操作
EPOLL_CTL_ADD: 添加
EPOLL_CTL_MOD: 修改
EPOLL_CTL_DEL: 删除
- fd : 要检测的文件描述符
- event : 检测文件描述符什么事情// 检测函数/
//给一个容器去装数组，需要告诉能装的最大空间maxevents
6、int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int
timeout);
- 参数：
- epfd : epoll实例对应的文件描述符
- events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息
- maxevents : 第二个参数结构体数组的大小
- timeout : 阻塞时间
- 0 : 不阻塞
- -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞
- > 0 : 阻塞的时长（毫秒）- 返回值：
- 成功，返回发送变化的文件描述符的个数 > 0
- 失败 -1
15.1 epoll.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
int main() {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定
bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
// 监听
listen(lfd, 8);
// 调用epoll_create()创建一个epoll实例
int epfd = epoll_create(100);
// 将监听的文件描述符相关的检测信息添加到epoll实例中
struct epoll_event epev;
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = lfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);
struct epoll_event epevs[1024];
while(1) {
int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
if(ret == -1) {
perror("epoll_wait");
exit(-1);
}
printf("ret = %d\n", ret);
for(int i = 0; i < ret; i++) {
int curfd = epevs[i].data.fd;
if(curfd == lfd) {
// 监听的文件描述符有数据达到，有客户端连接
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = cfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
} else {
if(epevs[i].events & EPOLLOUT) {
continue;
}
// 有数据到达，需要通信
char buf[1024] = {0};
int len = read(curfd, buf, sizeof(buf));
if(len == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if(len == 0) {
printf("client closed...\n");
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);
close(curfd);
} else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", buf);
write(curfd, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
return 0;
}15.2 client.c
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
// 创建socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
return -1;
}
struct sockaddr_in seraddr;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(9999);
// 连接服务器
int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
if(ret == -1){
perror("connect");
return -1;
}
int num = 0;
while(1) {
char sendBuf[1024] = {0};
sprintf(sendBuf, "send data %d", num++);
write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);
// 接收
int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
if(len == -1) {
perror("read");
return -1;
}else if(len > 0) {
printf("read buf = %s\n", sendBuf);
} else {
printf("服务器已经断开连接...\n");
break;
}
// sleep(1);
usleep(1000);
}
close(fd);
return 0;
}
16 Epoll两种工作方式
Epoll 的工作模式：
LT 模式 （水平触发）
假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll 会一直通知
b.用户只读了一部分数据，epoll会通知
c.缓冲区的数据读完了，不通知
LT（level - triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 no-block socket。在这
种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操
作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。ET 模式（边沿触发）
假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一致在缓冲区中，epoll下次检测的时候就不通知了
b.用户只读了一部分数据，epoll不通知
c.缓冲区的数据读完了，不通知
ET（edge - triggered）是高速工作方式，只支持 no-block socket。在这种模式下，当描述
符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，
并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述
符不再为就绪状态了。但是请注意，如果一直不对这个 fd 作 IO 操作（从而导致它再次变成
未就绪），内核不会发送更多的通知（only once）。
ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数，因此效率要比 LT 模式高。epoll
工作在 ET 模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写
操作把处理多个文件描述符的任务饿死。struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
常见的Epoll检测事件：
- EPOLLIN
- EPOLLOUT
- EPOLLERR
- EPOLLET#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
# include <errno.h>
int main() {
// 创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定
bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
// 监听
listen(lfd, 8);
// 调用epoll_create()创建一个epoll实例
int epfd = epoll_create(100);
// 将监听的文件描述符相关的检测信息添加到epoll实例中
struct epoll_event epev;
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = lfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);
struct epoll_event epevs[1024];
while(1) {
int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
if(ret == -1) {
perror("epoll_wait");
exit(-1);
}
printf("ret = %d\n", ret);
for(int i = 0; i < ret; i++) {
int curfd = epevs[i].data.fd;
if(curfd == lfd) {
// 监听的文件描述符有数据达到，有客户端连接
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
//设置cfd属性非阻塞
int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
flag = flag | O_NONBLOCK;
fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
epev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //设置边沿触发
epev.data.fd = cfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
} else {
if(epevs[i].events & EPOLLOUT) {
continue;
}
// 一次性读出所有数据，循环读取所有数据
char buf[5];
int len = 0;
while((len = read(curfd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
//printf("recv data : %s\n", buf);
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
write(curfd, buf, len);
}
if(len == 0) {
printf("client closed.....\n");
} else if (len == -1) {
if(errno == EAGAIN) {
printf("data over\n");
} else {
perror("read");
exit(0);
}
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
return 0;
}17 UDP通信
Tcp需要双方通信之前建立连接，三次握手，四次挥手保持安全机制
UDP不用提前建立连接，以数据报的形式进行传播，不需要保证数据的安全
服务端的流程：
1、创建socket(直接进行通信）
2、绑定本地的ip和端口号
3、接收数据
4、发送数据
#include <syspes.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
- 参数：
- sockfd : 通信的fd
- buf : 要发送的数据
- len : 发送数据的长度
- flags : 0
- dest_addr : 通信的另外一端的地址信息
- addrlen : 地址的内存大小
- 返回值：
返回发送成功的字节数
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
- 参数：
- sockfd : 通信的fd
- buf : 接收数据的数组
- len : 数组的大小
- flags : 0
- src_addr : 用来保存另外一端的地址信息，不需要可以指定为NULL
- addrlen : 地址的内存大小17.1 udp_client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
// 服务器的地址信息
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(9999);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &saddr.sin_addr.s_addr);
int num = 0;
// 3.通信
while(1) {
// 发送数据
char sendBuf[128];
sprintf(sendBuf, "hello , i am client %d \n", num++);
sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
// 接收数据
int num = recvfrom(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, NULL, NULL);
printf("server say : %s\n", sendBuf);
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}17.2 udp_server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9999);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 2.绑定
int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
// 3.通信
while(1) {
char recvbuf[128];
char ipbuf[16];
struct sockaddr_in cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
// 接收数据
int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
printf("client IP : %s, Port : %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
ntohs(cliaddr.sin_port));
printf("client say : %s\n", recvbuf);
// 发送数据
sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
}
close(fd);
return 0;
}17.3 广播
向子网中多台计算机发送消息，并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息，每个广 播消息都包含一个特殊的IP地址，这个IP中子网内主机标志部分的二进制全部为1。
a.只能在局域网中使用。
b.客户端需要绑定服务器广播使用的端口，才可以接收到广播消息。
// 设置广播属性的函数
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t
optlen);
- sockfd : 文件描述符
- level : SOL_SOCKET
- optname : SO_BROADCAST
- optval : int类型的值，为1表示允许广播
- optlen : optval的大小
IP地址 说明
224.0.0.0~224.0.0.255
局部链接多播地址：是为路由协议和其它用途保留的地址，路由
器并不转发属于此范围的IP包
224.0.1.0~224.0.1.255 预留多播地址：公用组播地址，可用于Internet；使用前需要申请
224.0.2.0~238.255.255.255 预17.3.1 bro_server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
// 2.设置广播属性
int op = 1;
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof(op));
// 3.创建一个广播的地址
struct sockaddr_in cliaddr;
cliaddr.sin_family = AF_INET;
cliaddr.sin_port = htons(9999);
inet_pton(AF_INET, "192.168.193.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);
// 3.通信
int num = 0;
while(1) {
char sendBuf[128];
sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
// 发送数据
sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
printf("广播的数据：%s\n", sendBuf);
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}17.3.2 bro_client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
struct in_addr in;
// 2.客户端绑定本地的IP和端口
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9999);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
// 3.通信
while(1) {
char buf[128];
// 接收数据
int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
printf("server say : %s\n", buf);
}
close(fd);
return 0;
}17.4组播
单播地址标识单个 IP 接口，广播地址标识某个子网的所有 IP 接口，多播地址标识一组 IP 接口。 单播和广播是寻址方案的两个极端（要么单个要么全部），多播则意在两者之间提供一种折中方 案。多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收，也就是说由运行相应多播会话应用系统的主机上 的接口接收。另外，广播一般局限于局域网内使用，而多播则既可以用于局域网，也可以跨广域网 使用。
a.组播既可以用于局域网，也可以用于广域网
b.客户端需要加入多播组，才能接收到多播的数据
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval,
socklen_t optlen);
// 服务器设置多播的信息，外出接
- level : IPPROTO_IP
- optname : IP_MULTICAST_IF
- optval : struct in_addr
// 客户端加入到多播组：
- level : IPPROTO_IP
- optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
- optval : struct ip_mreq
struct ip_mreq
{
/* IP multicast address of group. */
struct in_addr imr_multiaddr; // 组播的IP地址
/* Local IP address of interface. */
struct in_addr imr_interface; // 本地的IP地址
};
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr18、本地套接字
本地套接字的作用：本地的进程间通信
有关系的进程间的通信
没有关系的进程间的通信
本地套接字实现流程和网络套接字类似，一般呢采用TCP的通信流程。
// 本地套接字通信的流程 - tcp
// 服务器端
1. 创建监听的套接字
int lfd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的套接字文件 -> server端 会在内存有一个缓冲区
struct sockaddr_un addr;
// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
bind(lfd, addr, len);
3. 监听
listen(lfd, 100);
4. 等待并接受连接请求
struct sockaddr_un cliaddr;
int cfd = accept(lfd, &cliaddr, len);
5. 通信
接收数据：read/recv
发送数据：write/send
6. 关闭连接
close();
// 客户端的流程
1. 创建通信的套接字
int fd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的IP 端口
struct sockaddr_un addr;
// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
bind(lfd, addr, len);
3. 连接服务器
struct sockaddr_un serveraddr;
connect(fd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));
4. 通信
接收数据：read/recv
发送数据：write/send
5. 关闭连接
close();
// 头文件: sys/un.h
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; // 地址族协议 af_local
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; // 套接字文件的路径, 这是一个伪文件, 大小永远=0
};
18.1 ipc_serve.c
# include <stdio.h>
# include <string.h>
# include <unistd.h>
# include <stdlib.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <sys/un.h>
int main() {
//建立监听的套接字
unlink("server.sock");
int lfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
if(lfd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
//2、绑定本地套接字文件
struct sockaddr_un addr;
addr.sun_family = AF_LOCAL;
strcpy(addr.sun_path, "server.sock"); //拷贝，生成一个套接字文件
int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
//3、监听
ret = listen(lfd, 100);
if(ret == -1) {
perror("Listen");
exit(-1);
}
//4、等待客户端连接
struct sockaddr_un cliaddr;
int len = sizeof(cliaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
if(cfd == -1) {
perror("accept");
exit(-1);
}
printf("client socket filename : %s\n", cliaddr.sun_path);
//5、通信
while(1) {
char buf[128];
int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);
if(len == -1) {
perror("recv");
}
else if (len == 0) {
printf("client close.....\n");
break;
}
else if (len > 0) {
printf("client say : %s\n", buf);
send(cfd, buf, len, 0);
}
sleep(1);
}
close(cfd);
close(lfd);
return 0;
}18.2 ipc_client.c
# include <stdio.h>
# include <string.h>
# include <unistd.h>
# include <stdlib.h>
# include <arpa/inet.h>
# include <sys/un.h>
int main() {
//创建的套接字
unlink("client.sock");
int cfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
if(cfd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
//2、绑定本地套接字文件
struct sockaddr_un addr;
addr.sun_family = AF_LOCAL;
strcpy(addr.sun_path, "client.sock"); //拷贝，生成一个套接字文件
int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
//3、连接服务器
struct sockaddr_un saddr;
saddr.sun_family = AF_LOCAL;
strcpy(saddr.sun_path,"server.sock");
int len = sizeof(saddr);
ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&saddr, len);
if(ret == -1) {
perror("connect");
exit(-1);
}
//5、通信
int num = 0;
while(1) {
char buf[128];
sprintf(buf, "hello, i am client %d\n", num++);
send(cfd, buf, strlen(buf) + 1, 0);
printf("client say : %s\n", buf);
int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);
if(len == -1) {
perror("recv");
exit(-1);
}
else if (len == 0) {
printf("server close.....\n");
break;
}
else if (len > 0) {
printf("serve say : %s\n", buf);
}
sleep(1);
}
close(cfd);
return 0;
}
京公网安备 11010502036488号