5 Linux网络编程基础API
5.1 socket地址API
大端字节序（网络序）：高位在低址，低位在高址
小端字节序（主机序）：低位在低址，高位在高址
判断，利用联合的特性：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 int main() 5 { 6 union 7 { 8 int value; 9 char union_bytes[ sizeof(int) ]; 10 } test; 11 test.value = 0x01020304; 12 for(int i = 0;i < 4;i++) 13 cout<<test.union_bytes[i]<<" "; 14 return 0; 15 }
输出4321就是小端，1234就是大端
JAVA虚拟机采用大端
Linux提供４个函数来完成主机字节序和网络字节序之间的转换：
1 #include <netinet/in.h> 2 unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong); 3 unsigned short int htons(unsigned short int hostshort); 4 unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong); 5 unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);
这４个函数，长整型（32bit）函数通常用来转换ip地址，短整型（16bit）函数用来转换端口号，当然不限于此。
通用socket地址
1 #include <bits/socket.h> 2 struct sockaddr 3 { 4 sa_family_t sa_family; 5 char sa_data[14]; 6 };
sa_family地址簇类型如下：AF_UNIX，AF_INET， AF_INET6
专用socket地址
1 #include <sys/un.h> 2 struct sockaddr_in 3 { 4 sa_family_t sin_family; 5 u_int16_t sin_port; 6 struct in_addr sin_addr; 7 }; 8 struct in_addr 9 { 10 u_int32_t s_addr; 11 };
实际使用中sockaddr_in需要强制转换sockaddr（sockaddr不够的补0）
ip地址转换函数
1 #include <arpa/inet.h> 2 in_addr_t inet_addr(const char* strptr); 3 int inet_aton(const char* cp, struct in_addr* inp); 4 char* inet_ntoa(struct in_addr in);//内部使用静态变量，不可重入
inet_addr函数将用点分十进制字符串表示的ipv4地址转化为用网络字节序整数表示的ipv4地址。失败时返回INADDR_NONE。
1 #include<arpa/inet.h> 2 int inet_pton(int af, const char* src, void* dst);
const char* inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t cnt);
inet_pton将点分十进制src转化为网络字节序整数标示的ip地址存储与dst指针中 inet_ntop相反
5.2 创建socket
socket是可读，可写，可控制，可关闭的文件描述符
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 int socket(int domain, int type, int protocol);
domain协议族：AF_UNIX，AF_INET， AF_INET6
type：SOCK_STREAM SOCK_DGRAM
protocol：默认0
5.3 命名socket
将一个socket与socket地址绑定成为给socket命名，服务端通常需要命名socket，因为只有命名后客户端才知道如何连接它。客户端一般采用操作系统自动分配的socket地址
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 int bind(int sockfd, const struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen);
bind成功返回０，失败返回-1并设置errno。其中两中常见的errno是EACCES和EADDRINUSE，含义分别是：
- EACCES:被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户能访问。比如普通用户将socket绑定到知名服务端口（端口号为0-1023）。
- EADDRINUSE:被绑定的地址正在使用。如将socket绑定到一个处于TIME_WAIT状态的socket地址。
5.4 监听socket
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd是被监听的socket
backlog是处于完全连接的socket的上限 ，通常监听队列中完整连接的上限比backlog值略大（一般为backlog+1）
5.5 接受连接
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd是被监听的socket
addr参数用来获取被接受连接的远端socket地址，长度由addrlen指出
返回一个新连接的socket，该socket唯一标识了被接受的这个连接
5.6 发起连接
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
sockfd参数由socket系统调用返回一个socket，一旦连接建立成功sockfd就唯一标识这个连接，客户端通过读写sockfd来与服务器通信
serv_addr是服务器监听socket地址
5.7 关闭连接
1 #include<unistd.h> 2 int close(fd);
close系统调用并非总是关闭一个连接，而是将fd的引用计数减1.只有当fd的引用计数为0时，才真正关闭连接。多进程程序中，一次fork系统调用默认将使父进程中打开的socket的引用计数加1，因此我们必须在父进程和子进程中都对该socket执行close调用才能将连接关闭。
如果无论如何都要立即终止连接（而不是将socket引用计数减1），可以使用shutdown系统调用(专为网络编程设计的)
1 #include<sys/socket.h> 2 int shutdonw(int sockfd, int howto);
howto参数：
SHUT_RD//关闭sockfd上读的这一半。该socket接收缓冲区中的数据都被丢弃
SHUT_WR//关闭sockfd上写的这一半。发送缓冲区中的数据会在真正关闭连接之前全部发送出去，应用程序不可再对该socket文件描述符执行写操作。连接处于半关闭状态。
SHUT_RDWR//同时关闭读写。
由此可见，shutdown能够分别关闭socket上的读或写，或者都关闭。而close在关闭连接时只能将socket上的读和写同时关闭。
5.8 数据读写
tcp
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); 4 ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
recv成功时返回实际读取到的数据的长度，它可能小于我们期望的长度len。因此我们可能要多次调用recv，才能读取到完整的数据。recv可能返回0，这意味着通信对方已经关闭连接了。
flags参数：
udp
1 #include<sys/types.h> 2 #include<sys/socket.h> 3 ssize_t recvfrom(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t* addrlen); 4 ssize_t sendto(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr* dest_addr, socklen_t addrlen);
recvfrome读取sockfd上的数据，buf和len分别制定读缓冲的位置和大小。因为UDP通信没有连接的概念，所以每次读取数据都要获取发送端的地址，即参数src_addr
sendto dest_addr指定接收端的socket地址
这两组函数也可用于面向连接的socket，把最后两个参数设为NULL
通用数据读写函数
1 #include <sys/socket.h> 2 ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags); 3 ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags); 4 struct msghdr { 5 void* msg_name; //socket地址 6 socklen_t msg_namelen; 7 struct iovec* msg_iov; 8 int msg_iovlen; 9 void* msg_control; //指向辅助数据的起始位置 10 socklen_t msg_controllen; 11 int msg_flags; //复制函数中flsgs参数，并在调用过程中更新 12 }; 13 struct iovec { 14 void* iov_base; //内存起始地址 15 size_t iov_len; //这块内存的长度 16 };
5.9 带外标记
Linux内核检测到tcp紧急标志时，将通知应用程序有带外数据需要接收。内核通知应用程序带外数据到达的两种常见方式：IO复用产生的异常事件和SIGURG信号。但是，即使应用程序得到了有带外数据需要接收的通知，还需要知道带外数据在数据流中的具体位置，才能准确接收带外数据。
1 #include <sys/socket.h> 2 int sockatmark(int sockfd);
sockatmark判断sockfd是否处于带外标记，即下一个被读取到的数据是否是带外数据。如果是，sockatmark返回1，此时我们就可以利用带MSG_OOB标志的recv调用来接收带外数据。
5.10 地址信息函数
1 #include <sys/socket.h> 2 int getsockname(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len); 3 int getpeername(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
获取本地或远端的socket地址存储于address中
5.11 socket选项（重要）
1 #include <sys/socket.h> 2 int getsockopt(int sockfd, int level, int option_name, void* option_value, socklen_t* restrict option_len); 3 int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void* option_value, socklen_t option_len);
前者用于读取socket文件描述符，后者用于设置socket文件描述符
sockfd：指定被操作的目标
level：指定要操作哪个协议选项
option_names：指定选项名字
option_value：被操作选项的值
option_len：值的长度
例子：
udp多播：
1 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop)); 2 //加入多播组 3 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq)); 4 //退出多播组 5 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
对服务器而言，有部分socket选项只能在调用listen前针对监听socket设置才有效
5.12 网络信息api
gethostbyname gethostbyaddr
1 #include<netdb.h> 2 struct hostent* gethostbyname(const char* name); 3 struct hostent* gethostbyaddr(const void* addr, size_t len, int type); 4 struct hostent { 5 char* h_name; 6 char** h_aliases; 7 int h_addrtype; 8 int h_length; 9 char** h_addr_list; 10 };
获取服务信息getservbyname getservbyport
1 #include<netdb.h> 2 struct servent* getservbyname(const char* name, const char* proto); 3 struct servent* getservbyport(int port, const char* proto); 4 struct servent { 5 char* s_name; 6 char** s_aliases; 7 int s_port; 8 char* s_proto; 9 };
getaddrinfo通过主机名获取ip 通过服务获得端口
1 #include<netdb.h> 2 int getaddrinfo(const char* hostname, const char* service, 3 const struct addrinfo* hints, struct addrinfo** result); 4 struct addrinfo { 5 int ai_flags; 6 int ai_family; 7 int ai_socktype; 8 int ai_protocol; 9 socklen_t ai_addrlen; 10 char* ai_canonname; 11 struct sockaddr* ai_addr; 12 struct addrinfo* ai_next; 13 };
getnameinfo函数通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名和服务名
1 #include<netdb.h> 2 int getnameinfo(const struct sockaddr* sockaddr, socklen_t addrlen, char* host, socklen_t hostlen, char* serv, socklen_t servlen, int flags);
