進(jìn)程通信的概念最初來源于單機(jī)系統(tǒng)。由于每個(gè)進(jìn)程都在自己的地址范圍內(nèi)運(yùn)行，為保證兩個(gè)相互通信的進(jìn)程之間既互不干擾又協(xié)調(diào)一致工作，操作系統(tǒng)為進(jìn)程通信提供了相應(yīng)設(shè)施，如：

UNIX BSD有：管道（pipe）、命名管道（named pipe）軟中斷信號(hào)（signal）

UNIX system V有：消息（message）、共享存儲(chǔ)區(qū)（shared memory）和信號(hào)量（semaphore)等.¹

他們都僅限于用在本機(jī)進(jìn)程之間通信。網(wǎng)間進(jìn)程通信要解決的是不同主機(jī)進(jìn)程間的相互通信問題（可把同機(jī)進(jìn)程通信看作是其中的特例）。為此，首先要解決的是網(wǎng)間進(jìn)程標(biāo)識(shí)問題。同一主機(jī)上，不同進(jìn)程可用進(jìn)程號(hào)（process ID）唯一標(biāo)識(shí)。但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，各主機(jī)獨(dú)立分配的進(jìn)程號(hào)不能唯一標(biāo)識(shí)該進(jìn)程。例如，主機(jī)A賦于某進(jìn)程號(hào)5，在B機(jī)中也可以存在5號(hào)進(jìn)程，因此，“5號(hào)進(jìn)程”這句話就沒有意義了。 其次，操作系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議眾多，不同協(xié)議的工作方式不同，地址格式也不同。因此，網(wǎng)間進(jìn)程通信還要解決多重協(xié)議的識(shí)別問題。

其實(shí)TCP/IP協(xié)議族已經(jīng)幫我們解決了這個(gè)問題，網(wǎng)絡(luò)層的“ip地址”可以唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，而傳輸層的“協(xié)議+端口”可以唯一標(biāo)識(shí)主機(jī)中的應(yīng)用程序（進(jìn)程）。這樣利用三元組（ip地址，協(xié)議，端口）就可以標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程了，網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程通信就可以利用這個(gè)標(biāo)志與其它進(jìn)程進(jìn)行交互。
使用TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序通常采用應(yīng)用編程接口：UNIX  BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經(jīng)被淘汰），來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程之間的通信。

就目前而言，幾乎所有的應(yīng)用程序都是采用socket，而現(xiàn)在又是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程通信是無處不在，這就是我為什么說“一切皆socket”。

套接字

Socket是進(jìn)程間通信的一種抽象，提供了一套API接口，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸層一套具體的進(jìn)程提供了抽象接口的調(diào)用

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學(xué)之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關(guān)閉close”模式來操作。Socket就是該模式的一個(gè)實(shí)現(xiàn)， socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對(duì)其進(jìn)行的操作（讀/寫IO、打開、關(guān)閉）.
說白了Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計(jì)模式中，Socket其實(shí)就是一個(gè)門面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對(duì)用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。

注意：其實(shí)socket也沒有層的概念，它只是一個(gè)facade設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用，讓編程變的更簡單。是一個(gè)軟件抽象層。在網(wǎng)絡(luò)編程中，我們大量用的都是通過socket實(shí)現(xiàn)的。
$$進(jìn)程間通信機(jī)制（socketIPC）$$
openEuler通過Socket接口為用戶程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。本節(jié)通過Socket介紹數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｐ? ²

套接字存在于進(jìn)程與協(xié)議棧之間，為應(yīng)用程序提供API調(diào)用、遠(yuǎn)程TCP、IP通信同住機(jī)內(nèi)Unix通信、應(yīng)用程序與內(nèi)核之間的netlink之類的，一個(gè)socket對(duì)象。

簡介

套接字（Socket）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的端點(diǎn)，它提供了一種在不同計(jì)算機(jī)或同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的不同進(jìn)程之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的機(jī)制。在操作系統(tǒng)中，套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，通過套接字可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信（IPC, Inter-Process Communication）以及不同計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

數(shù)據(jù)傳輸基本模型

套接字通?；趦煞N基本的數(shù)據(jù)傳輸模型：面向連接的傳輸（TCP，Transmission Control Protocol）和無連接的傳輸（UDP，User Datagram Protocol）。

1.TCP/IP模型

TCP/IP模型是一個(gè)四層模型，它包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。

1. 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)處理用戶的應(yīng)用程序，如Web瀏覽器、FTP客戶端等。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用程序如何通過套接字接口使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。常見的應(yīng)用層協(xié)議有HTTP、FTP、SMTP等。

2. 傳輸層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP是傳輸層的主要協(xié)議，它提供了面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸服務(wù)。TCP通過三次握手建立連接，并通過序列號(hào)確保數(shù)據(jù)的順序性和可靠性。

3. 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源地址路由到目的地址。IP（Internet Protocol）是網(wǎng)絡(luò)層的主要協(xié)議，它定義了數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)，并提供了地址和路由功能。

4. 鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)（如以太網(wǎng)、Wi-Fi等）上的傳輸。鏈路層協(xié)議（如Ethernet、PPP等）定義了如何在物理網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

2.UDP模型

UDP是另一種重要的傳輸層協(xié)議，與TCP不同，UDP提供的是無連接的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。UDP數(shù)據(jù)包包含應(yīng)用程序數(shù)據(jù)、源端口、目的端口和UDP長度等信息。由于UDP不提供可靠性保證，它通常用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高或能夠容忍偶爾丟包的場景，如視頻流、VoIP等。

套接字類型

在openEuler或其他類Unix系統(tǒng)中，套接字通常分為三種類型：

1. 流套接字（SOCK_STREAM）：提供面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸服務(wù)，通常用于TCP協(xié)議。

2. 數(shù)據(jù)報(bào)套接字（SOCK_DGRAM）：提供無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸服務(wù)，通常用于UDP協(xié)議。

3. 原始套接字（SOCK_RAW）：允許直接訪問底層協(xié)議，通常用于開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試。

套接字（Socket）編程

套接字編程通常涉及以下幾個(gè)步驟：

1. 創(chuàng)建套接字：使用socket()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字，并指定協(xié)議族（如AF_INET用于IPv4協(xié)議）、套接字類型和協(xié)議。

 創(chuàng)建Socket：
   - 使用系統(tǒng)調(diào)用（如`socket()`函數(shù)）創(chuàng)建一個(gè)新的Socket描述符。
   - 指定協(xié)議族（如`AF_INET`表示IPv4協(xié)議）、Socket類型（如`SOCK_STREAM`表示流式Socket）以及協(xié)議（通常為0，表示使用默認(rèn)協(xié)議）。

2. 綁定地址和端口：使用bind()函數(shù)將套接字綁定到一個(gè)本地地址和端口上，以便其他進(jìn)程或計(jì)算機(jī)可以通過該地址和端口訪問該套接字。

 綁定地址：
   - 使用`bind()`函數(shù)將Socket與本地地址和端口號(hào)綁定。
   - 這樣，當(dāng)遠(yuǎn)程主機(jī)嘗試連接時(shí)，系統(tǒng)就知道將連接路由到這個(gè)Socket。

3. 監(jiān)聽和接受連接（對(duì)于服務(wù)器端）：使用listen()函數(shù)使套接字進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，并使用accept()函數(shù)接受客戶端的連接請(qǐng)求。

監(jiān)聽連接：
   - 對(duì)于服務(wù)端Socket，使用`listen()`函數(shù)將其置于監(jiān)聽狀態(tài)。
   - 這將允許遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)起連接請(qǐng)求。

4. 連接和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)（對(duì)于客戶端）：使用connect()函數(shù)連接到服務(wù)器端的套接字，并使用send()或write()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使用recv()或read()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。

 接受連接：
   - 當(dāng)有遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)起連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)端使用`accept()`函數(shù)接受連接。
   - `accept()`會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的Socket描述符，用于與遠(yuǎn)程主機(jī)通信。
   - 原來的Socket（監(jiān)聽Socket）繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待新的連接請(qǐng)求。

5. 關(guān)閉套接字：使用close()或shutdown()函數(shù)關(guān)閉套接字，釋放相關(guān)資源。

通過這些步驟，可以在openEuler或其他類Unix系統(tǒng)中進(jìn)行基于套接字的網(wǎng)絡(luò)通信編程。

Socket 的連接

更準(zhǔn)確來說是，流式Socket連接的相關(guān)內(nèi)容

1.連接概述

基本概念

在系統(tǒng)場景中系統(tǒng)一般提供三種類型的Socket：也就是

• 流式Socket（Stream Socket）：

  • 基于TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）的Socket。
  • 提供面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸服務(wù)。
  • 數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收時(shí)保持順序，無重復(fù)，并且無丟失。
  • 需要三次握手建立連接，四次揮手?jǐn)嚅_連接。

• 數(shù)據(jù)報(bào)Socket（Datagram Socket）：

  • 基于UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）的Socket。
  • 提供無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的服務(wù)。
  • 數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收時(shí)可能不保持順序，也可能出現(xiàn)重復(fù)或丟失。
  • 不需要建立和維護(hù)連接，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，但數(shù)據(jù)可靠性要求不高的場景。

• 原始Socket（Raw Socket）：

  • 允許應(yīng)用程序直接操作底層協(xié)議，繞過內(nèi)核協(xié)議棧。
  • 開發(fā)者可以自定義協(xié)議頭，直接構(gòu)造數(shù)據(jù)包。
  • 這類Socket在常規(guī)應(yīng)用中較少使用，因?yàn)樗枰獙?duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有深入的了解。

1. 流式Socket（Stream Socket）基于TCP，要三次握手的那個(gè)，可靠的字節(jié)流。
2. 數(shù)據(jù)報(bào)Socket（Dategram Socket）基于UDP，基于數(shù)據(jù)報(bào)的非可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)
3. 原始Socket（Raw Socket）繞過內(nèi)核協(xié)議棧，填充各級(jí)協(xié)議頭直接構(gòu)造數(shù)據(jù)包，常規(guī)應(yīng)用不使用。

TCP通信需要先建立虛擬鏈路（通信雙方的一個(gè)連接，connection），TCP/IP通訊下，Socket采用四元組（源IP、源端口、目的IP、目的端口）標(biāo)識(shí)（identity）
$$identity$$

(1)基本概念

同一時(shí)間只能處理一個(gè)連接

openEuler提供了兩種列緩存連接請(qǐng)求，分別為半連接隊(duì)列和連接隊(duì)列，當(dāng)服務(wù)端建立具體的請(qǐng)求時(shí)，半連接隊(duì)列和連接隊(duì)列在其中起緩存作用。

第一次的握手，

(2)連接狀態(tài)

連接狀態(tài)

//源文件：include/net/tcp_states.h

enum{

? TCP_ESTABLISHED = 1;

? TCP_SYN_SENT,

? TCP_SYN_RECV,

? TCP_FIN_WAIT1,

? TCP_FIN_WAIT2,

? TCP_CLOSE,

? TCP_CLOSE_WAIT,

? TCP_LAST_ACK,

? TCP_LISENCE,

? ...

};

//連接狀態(tài)
TCP連接狀態(tài)由tcp_states.h中定義的枚舉類型表示。以下是一些常見的TCP連接狀態(tài)：

#TCP_ESTABLISHED：連接已經(jīng)建立，數(shù)據(jù)可以傳輸。
#TCP_SYN_SENT：連接正在建立中，服務(wù)器已發(fā)送SYN報(bào)文，等待客戶端的SYN-ACK報(bào)文。
TCP_SYN_RECV：連接正在建立中，服務(wù)器已收到客戶端的SYN報(bào)文，并發(fā)送了SYN-ACK報(bào)文，等待客戶端的ACK報(bào)文。
#TCP_FIN_WAIT1：連接正在關(guān)閉中，應(yīng)用程序已調(diào)用close()函數(shù)，等待對(duì)方發(fā)送FIN報(bào)文。
TCP_FIN_WAIT2：連接正在關(guān)閉中，已收到對(duì)方的FIN報(bào)文，并發(fā)送了ACK報(bào)文，等待對(duì)方確認(rèn)。
TCP_CLOSE：連接已關(guān)閉，無數(shù)據(jù)傳輸。
#TCP_CLOSE_WAIT：連接正在關(guān)閉中，對(duì)方已發(fā)送FIN報(bào)文，等待應(yīng)用程序關(guān)閉連接。
TCP_LAST_ACK：連接正在關(guān)閉中，已發(fā)送最后的ACK報(bào)文，等待對(duì)方確認(rèn)。

(3)連接隊(duì)列

2.建立連接

• 數(shù)據(jù)傳輸：
  • 一旦連接建立，就可以使用send()或write()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，以及使用recv()或read()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。
  • 數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，可以在兩個(gè)Socket之間自由流動(dòng)。

TCP連接的建立通常通過三次握手來完成：

1. **SYN（SYN=1, seq=x）**：客戶端發(fā)送一個(gè)SYN報(bào)文給服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認(rèn)。

2. **SYN-ACK（SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1）**：服務(wù)器收到SYN報(bào)文后，發(fā)送一個(gè)SYN-ACK報(bào)文給客戶端，并進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)，等待客戶端的確認(rèn)。

3. **ACK（ACK=1, seq=x+1, ack=y+1）**：客戶端收到SYN-ACK報(bào)文后，發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文給服務(wù)器，并進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，表示連接已建立。服務(wù)器收到ACK報(bào)文后，也進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)。

3.關(guān)閉連接

• 關(guān)閉連接：
  • 當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，使用close()函數(shù)關(guān)閉Socket。
  • 對(duì)于服務(wù)端，可能需要顯式關(guān)閉監(jiān)聽Socket以停止接受新的連接。

TCP連接的關(guān)閉通常通過四次揮手來完成：

1. **FIN（FIN=1, seq=u）**：應(yīng)用程序調(diào)用`close()`函數(shù)關(guān)閉連接，客戶端發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文給服務(wù)器，并進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認(rèn)。

2. **ACK（ACK=1, seq=v, ack=u+1）**：服務(wù)器收到FIN報(bào)文后，發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文給客戶端，并進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)，表示已知道客戶端要關(guān)閉連接。

3. **FIN（FIN=1, seq=w）**：當(dāng)服務(wù)器準(zhǔn)備好關(guān)閉連接時(shí)，發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文給客戶端，并進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)，等待客戶端的確認(rèn)。

4. **ACK（ACK=1, seq=u+1, ack=w+1）**：客戶端收到FIN報(bào)文后，發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文給服務(wù)器，并進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，等待足夠的時(shí)間以確保服務(wù)器收到ACK報(bào)文。服務(wù)器收到ACK報(bào)文后，關(guān)閉連接。

上圖為四次揮手的示意圖

由于TCP連接是全雙工的，因此每個(gè)方向都必須單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉。這個(gè)原則是當(dāng)一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后就能發(fā)送一個(gè)FIN來終止這個(gè)方向的連接。收到一個(gè) FIN只意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)，一個(gè)TCP連接在收到一個(gè)FIN后仍能發(fā)送數(shù)據(jù)。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉。

（1）客戶端A發(fā)送一個(gè)FIN，用來關(guān)閉客戶A到服務(wù)器B的數(shù)據(jù)傳送（報(bào)文段4）。

（2）服務(wù)器B收到這個(gè)FIN，它發(fā)回一個(gè)ACK，確認(rèn)序號(hào)為收到的序號(hào)加1（報(bào)文段5）。和SYN一樣，一個(gè)FIN將占用一個(gè)序號(hào)。

（3）服務(wù)器B關(guān)閉與客戶端A的連接，發(fā)送一個(gè)FIN給客戶端A（報(bào)文段6）。

（4）客戶端A發(fā)回ACK報(bào)文確認(rèn)，并將確認(rèn)序號(hào)設(shè)置為收到序號(hào)加1（報(bào)文段7）。

對(duì)應(yīng)函數(shù)接口如圖：

socket 編程接口介紹

下面介紹socket 編程中使用到的一些接口函數(shù)。使用 socket 接口需要在我們的應(yīng)用程序
代碼中包含兩個(gè)頭文件：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

1. socket()函數(shù)

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

socket()函數(shù)類似于 open()函數(shù)，它用于創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信端點(diǎn)（打開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信），如果成功則返回一個(gè)網(wǎng)絡(luò)文件描述符，通常把這個(gè)文件描述符稱為 socket 描述符（socket descriptor），這個(gè) socket 描述符跟文件描述符一樣，后續(xù)的操作都有用到它，把它作為參數(shù)，通過它來進(jìn)行一些讀寫操作。
該函數(shù)包括 3 個(gè)參數(shù)，如下所示：
$$domain$$
參數(shù) domain 用于指定一個(gè)通信域；這將選擇將用于通信的協(xié)議族。

對(duì)于 TCP/IP 協(xié)議來說，通常選擇 AF_INET 就可以了，當(dāng)然如果你的 IP 協(xié)議的版本支持 IPv6，那么可以選擇 AF_INET6。

$$type$$
參數(shù) type 指定套接字的類型，當(dāng)前支持的類型有：

$$protocol$$
參數(shù) protocol 通常設(shè)置為 0，表示為給定的通信域和套接字類型選擇默認(rèn)協(xié)議。當(dāng)對(duì)同一域和套接字類型支持多個(gè)協(xié)議時(shí)，可以使用 protocol 參數(shù)選擇一個(gè)特定協(xié)議。在 AF_INET 通信域中，套接字類型為 SOCK_STREAM 的默認(rèn)協(xié)議是傳輸控制協(xié)議 （Transmission Control Protocol，TCP 協(xié)議）

在 AF_INET 通信域中，套接字類型為 SOCK_DGRAM 的默認(rèn)協(xié)議時(shí) UDP。
調(diào)用 socket()與調(diào)用 open()函數(shù)很類似，調(diào)用成功情況下，均會(huì)返回用于文件 I/O 的文件描述符，只不過對(duì)于 socket()來說，其返回的文件描述符一般稱為 socket 描述符。當(dāng)不再需要該文件描述符時(shí)，可調(diào)用close()函數(shù)來關(guān)閉套接字，釋放相應(yīng)的資源。

如果 socket() 函數(shù)調(diào)用失敗，則會(huì)返回-1，并且會(huì)設(shè)置 errno 變量以指示錯(cuò)誤類型。

int socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//打開套接字
if (0 > socket_fd) {
 perror("socket error");
 exit(-1);
}
......
......
close(socket_fd); //關(guān)閉套接字

2. bind()函數(shù)
bind()函數(shù)原型如下所示：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

bind()函數(shù)用于將一個(gè) IP 地址或端口號(hào)與一個(gè)套接字進(jìn)行綁定（將套接字與地址進(jìn)行關(guān)聯(lián)）。將一個(gè)客戶端的套接字關(guān)聯(lián)上一個(gè)地址沒有多少新意，可以讓系統(tǒng)選一個(gè)默認(rèn)的地址。一般來講，會(huì)將一個(gè)服務(wù)器的套接字綁定到一個(gè)眾所周知的地址—即一個(gè)固定的與服務(wù)器進(jìn)行通信的客戶端應(yīng)用程序提前就知道的地址（注意這里說的地址包括 IP 地址和端口號(hào)）。因?yàn)閷?duì)于客戶端來說，它與服務(wù)器進(jìn)行通信，首先需要知道服務(wù)器的 IP 地址以及對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，所以通常服務(wù)器的 IP 地址以及端口號(hào)都是眾所周知的。

調(diào)用 bind()函數(shù)將參數(shù) sockfd 指定的套接字與一個(gè)地址 addr 進(jìn)行綁定，成功返回 0，失敗情況下返回-1，并設(shè)置 errno 以提示錯(cuò)誤原因。
參數(shù) addr 是一個(gè)指針，指向一個(gè) struct sockaddr 類型變量，如下所示：

struct sockaddr {
 sa_family_t sa_family;
 char sa_data[14];
}

第二個(gè)成員 sa_data 是一個(gè) char 類型數(shù)組，一共 14 個(gè)字節(jié)，在這 14 個(gè)字節(jié)中就包括了 IP 地址、端口號(hào)等信息，這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)用戶并不友好，它把這些信息都封裝在了 sa_data 數(shù)組中，這樣使得用戶是無法對(duì)sa_data 數(shù)組進(jìn)行賦值。事實(shí)上，這是一個(gè)通用的 socket 地址結(jié)構(gòu)體。

一般我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候都會(huì)使用 struct sockaddr_in 結(jié)構(gòu)體，sockaddr_in 和 sockaddr 是并列的結(jié)構(gòu)（占用的空間是一樣的），指向 sockaddr_in 的結(jié)構(gòu)體的指針也可以指向 sockadd 的結(jié)構(gòu)體，并代替它，而且sockaddr_in 結(jié)構(gòu)對(duì)用戶將更加友好，在使用的時(shí)候進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換就可以了。該結(jié)構(gòu)體內(nèi)容如下所示：

struct sockaddr_in {
 sa_family_t sin_family; /* 協(xié)議族 */
 in_port_t sin_port; /* 端口號(hào) */
 struct in_addr sin_addr; /* IP 地址 */
 unsigned char sin_zero[8];
};

這個(gè)結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)字段是與 sockaddr 結(jié)構(gòu)體是一致的，而剩下的字段就是 sa_data 數(shù)組連續(xù)的 14 字節(jié)信息里面的內(nèi)容，只不過從新定義了成員變量而已，sin_port 字段是我們需要填寫的端口號(hào)信息，sin_addr字段是我們需要填寫的 IP 地址信息，剩下 sin_zero 區(qū)域的 8 字節(jié)保留未用。
最后一個(gè)參數(shù) addrlen 指定了 addr 所指向的結(jié)構(gòu)體對(duì)應(yīng)的字節(jié)長度。

使用示例

struct sockaddr_in socket_addr;
memset(&socket_addr, 0x0, sizeof(socket_addr)); //清零

//填充變量
socket_addr.sin_family = AF_INET;
socket_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
socket_addr.sin_port = htons(5555);
//將地址與套接字進(jìn)行關(guān)聯(lián)、綁定
bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&socket_addr, sizeof(socket_addr));

Tips： 代碼中的 htons 和 htonl 并不是函數(shù)，只是一個(gè)宏定義，主要的作用在于為了避免大小端的問題，需要這些宏需要在我們的應(yīng)用程序代碼中包含頭文件<netinet/in.h>。
Tips：bind()函數(shù)并不是總是需要調(diào)用的，只有用戶進(jìn)程想與一個(gè)具體的 IP 地址或端口號(hào)相關(guān)聯(lián)的時(shí)候才需要調(diào)用這個(gè)函數(shù)。如果用戶進(jìn)程沒有這個(gè)必要，那么程序可以依賴內(nèi)核的自動(dòng)的選址機(jī)制來完成自動(dòng)地址選擇，通常在客戶端應(yīng)用程序中會(huì)這樣做。

3. listen()函數(shù)
listen()函數(shù)只能在服務(wù)器進(jìn)程中使用，讓服務(wù)器進(jìn)程進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請(qǐng)求，listen()函數(shù)在一般在 bind()函數(shù)之后調(diào)用，在 accept()函數(shù)之前調(diào)用，它的函數(shù)原型是：

int listen(int sockfd, int backlog);

無法在一個(gè)已經(jīng)連接的套接字（即已經(jīng)成功執(zhí)行 connect()的套接字或由 accept()調(diào)用返回的套接字）上執(zhí)行 listen()。

參數(shù) backlog 用來描述 sockfd 的等待連接隊(duì)列能夠達(dá)到的最大值。在服務(wù)器進(jìn)程正處理客戶端連接請(qǐng)求的時(shí)候，可能還存在其它的客戶端請(qǐng)求建立連接，因?yàn)?TCP 連接是一個(gè)過程，由于同時(shí)嘗試連接的用戶過多，使得服務(wù)器進(jìn)程無法快速地完成所有的連接請(qǐng)求，那怎么辦呢？直接丟掉其他客戶端的連接肯定不是一個(gè)很好的解決方法。因此內(nèi)核會(huì)在自己的進(jìn)程空間里維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，這些連接請(qǐng)求就會(huì)被放入一個(gè)隊(duì)列中，服務(wù)器進(jìn)程會(huì)按照先來后到的順序去處理這些連接請(qǐng)求，這樣的一個(gè)隊(duì)列內(nèi)核不可能讓其任意大，所以必須有一個(gè)大小的上限，這個(gè) backlog 參數(shù)告訴內(nèi)核使用這個(gè)數(shù)值作為隊(duì)列的上限。而當(dāng)一個(gè)客戶端的連接請(qǐng)求到達(dá)并且該隊(duì)列為滿時(shí)，客戶端可能會(huì)收到一個(gè)表示連接失敗的錯(cuò)誤，本次請(qǐng)求會(huì)被丟棄不作處理。

4. accept()函數(shù)
   服務(wù)器調(diào)用 listen()函數(shù)之后，就會(huì)進(jìn)入到監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請(qǐng)求，使用 accept()函數(shù)獲取客戶端的連接請(qǐng)求并建立連接。函數(shù)原型如下所示：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

為了能夠正常讓客戶端能正常連接到服務(wù)器，服務(wù)器必須遵循以下處理流程：
① 調(diào)用 socket()函數(shù)打開套接字；
② 調(diào)用 bind()函數(shù)將套接字與一個(gè)端口號(hào)以及 IP 地址進(jìn)行綁定；
③ 調(diào)用 listen()函數(shù)讓服務(wù)器進(jìn)程進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，監(jiān)聽客戶端的連接請(qǐng)求；
④ 調(diào)用 accept()函數(shù)處理到來的連接請(qǐng)求。

accept()函數(shù)通常只用于服務(wù)器應(yīng)用程序中，如果調(diào)用 accept()函數(shù)時(shí)，并沒有客戶端請(qǐng)求連接（等待連接隊(duì)列中也沒有等待連接的請(qǐng)求），此時(shí) accept()會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到有客戶端連接請(qǐng)求到達(dá)為止。當(dāng)有客戶端連接請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，accept()函數(shù)與遠(yuǎn)程客戶端之間建立連接，accept()函數(shù)返回一個(gè)新的套接字。這個(gè)套接字與 socket()函數(shù)返回的套接字并不同，socket()函數(shù)返回的是服務(wù)器的套接字（以服務(wù)器為例），而accept()函數(shù)返回的套接字連接到調(diào)用 connect()的客戶端，服務(wù)器通過該套接字與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，譬如向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)、或從客戶端接收數(shù)據(jù)。

所以，理解 accept()函數(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的套接字，其實(shí)這個(gè)新的套接字就是與執(zhí)行
connect()（客戶端調(diào)用 connect()向服務(wù)器發(fā)起連接請(qǐng)求）的客戶端之間建立了連接，這個(gè)套接字代表了服務(wù)器與客戶端的一個(gè)連接。如果 accept()函數(shù)執(zhí)行出錯(cuò)，將會(huì)返回-1，并會(huì)設(shè)置 errno 以指示錯(cuò)誤原因。

參數(shù) addr 是一個(gè)傳出參數(shù)，參數(shù) addr 用來返回已連接的客戶端的 IP 地址與端口號(hào)等這些信息。
參數(shù)addrlen 應(yīng)設(shè)置為 addr 所指向的對(duì)象的字節(jié)長度，如果我們對(duì)客戶端的 IP 地址與端口號(hào)這些信息不感興趣，可以把 arrd 和 addrlen 均置為空指針 NULL。

5. connect()函數(shù)
connect()函數(shù)原型如下所示：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

該函數(shù)用于客戶端應(yīng)用程序中，客戶端調(diào)用 connect()函數(shù)將套接字 sockfd 與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行連接，參數(shù) addr 指定了待連接的服務(wù)器的 IP 地址以及端口號(hào)等信息，參數(shù) addrlen 指定了 addr 指向的 struct sockaddr對(duì)象的字節(jié)大小。

客戶端通過 connect()函數(shù)請(qǐng)求與服務(wù)器建立連接，對(duì)于 TCP 連接來說，調(diào)用該函數(shù)將發(fā)生 TCP 連接的握手過程，并最終建立一個(gè) TCP 連接，而對(duì)于 UDP 協(xié)議來說，調(diào)用這個(gè)函數(shù)只是在 sockfd 中記錄服務(wù)器IP 地址與端口號(hào)，而不發(fā)送任何數(shù)據(jù)。

函數(shù)調(diào)用成功則返回 0，失敗返回-1，并設(shè)置 errno 以指示錯(cuò)誤原因。

6. 發(fā)送和接收函數(shù)
   一旦客戶端與服務(wù)器建立好連接之后，我們就可以通過套接字描述符來收發(fā)數(shù)據(jù)了（對(duì)于客戶端使用socket()返回的套接字描述符，而對(duì)于服務(wù)器來說，需要使用 accept()返回的套接字描述符），這與我們讀寫普通文件是差不多的操作，譬如可以調(diào)用 read()或 recv()函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，調(diào)用 write()或 send()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

read()函數(shù)
read()函數(shù)大家都很熟悉了，通過 read()函數(shù)從一個(gè)文件描述符中讀取指定字節(jié)大小的數(shù)據(jù)并放入到指定的緩沖區(qū)中，read()調(diào)用成功將返回讀取到的字節(jié)數(shù)，此返回值受文件剩余字節(jié)數(shù)限制，當(dāng)返回值小于指定的字節(jié)數(shù)時(shí)并不意味著錯(cuò)誤；這可能是因?yàn)楫?dāng)前可讀取的字節(jié)數(shù)小于指定的字節(jié)數(shù)（比如已經(jīng)接近文件結(jié)尾，或者正在從管道或者終端讀取數(shù)據(jù)，或者 read()函數(shù)被信號(hào)中斷等），出錯(cuò)返回-1 并設(shè)置 errno，如果在調(diào) read 之前已到達(dá)文件末尾，則這次 read 返回 0。

套接字描述符也是文件描述符，所以使用 read()函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)，read()函數(shù)的參數(shù) fd 就是對(duì)應(yīng)的套接字描述符。

recv()函數(shù)
recv()函數(shù)原型如下所示：

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

不論是客戶端還是服務(wù)器都可以通過 revc()函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，它與 read()函數(shù)的功能是相似的。參數(shù)sockfd 指定套接字描述符，參數(shù) buf 指向了一個(gè)數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，參數(shù) len 指定了讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)大小，參數(shù) flags 可以指定一些標(biāo)志用于控制如何接收數(shù)據(jù)。

函數(shù) recv()與 read()很相似，但是 recv()可以通過指定 flags 標(biāo)志來控制如何接收數(shù)據(jù)³

數(shù)據(jù)的傳輸

在網(wǎng)絡(luò)編程中，數(shù)據(jù)的傳輸是核心功能之一。數(shù)據(jù)傳輸涉及到許多概念和技術(shù)，包括阻塞與非阻塞I/O、I/O復(fù)用等。這些概念和技術(shù)對(duì)于理解和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。

1. 阻塞與非阻塞

阻塞I/O：在阻塞I/O模型中，當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)起一個(gè)讀或?qū)懻?qǐng)求時(shí)，如果數(shù)據(jù)還沒有準(zhǔn)備好，應(yīng)用程序?qū)⒈蛔枞?，直到?shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。在這個(gè)過程中，應(yīng)用程序無法執(zhí)行其他任務(wù)。這種模型簡單易懂，但對(duì)于需要同時(shí)處理多個(gè)I/O操作的應(yīng)用來說，效率較低。

非阻塞I/O：在非阻塞I/O模型中，應(yīng)用程序發(fā)起讀或?qū)懻?qǐng)求時(shí)，如果數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好，操作會(huì)立即返回一個(gè)錯(cuò)誤，而不是阻塞應(yīng)用程序。這樣，應(yīng)用程序可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。非阻塞I/O提高了應(yīng)用程序的響應(yīng)性，但需要開發(fā)者自己管理多個(gè)I/O操作的輪詢和調(diào)度，增加了編程的復(fù)雜性。

2. I/O復(fù)用

I/O復(fù)用：I/O復(fù)用技術(shù)允許單個(gè)線程同時(shí)處理多個(gè)I/O操作。通過復(fù)用描述符集合，線程可以在多個(gè)描述符之間進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)I/O操作的并行處理。I/O復(fù)用技術(shù)包括select、poll和epoll等。

select：是最早的I/O復(fù)用技術(shù)之一。它允許應(yīng)用程序監(jiān)視多個(gè)文件描述符的狀態(tài)變化。當(dāng)某個(gè)文件描述符的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，select會(huì)通知應(yīng)用程序，從而進(jìn)行相應(yīng)的讀或?qū)懖僮鳌５?，select在處理大量文件描述符時(shí)性能較低，因?yàn)樗捎幂喸兊姆绞絹頇z查每個(gè)文件描述符的狀態(tài)。

poll：poll是select的改進(jìn)版本，它解決了select在處理大量文件描述符時(shí)性能低下的問題。poll使用一個(gè)鏈表來存儲(chǔ)文件描述符，而不是使用位圖，這使得它在處理大量文件描述符時(shí)更加高效。

epoll：epoll是Linux特有的I/O復(fù)用技術(shù)，它采用事件驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)I/O操作的并行處理。epoll通過一個(gè)紅黑樹來管理文件描述符，并使用一個(gè)事件表來存儲(chǔ)觸發(fā)的事件。當(dāng)某個(gè)文件描述符的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，epoll會(huì)通知應(yīng)用程序，并將事件添加到事件表中。這樣，應(yīng)用程序可以一次性處理多個(gè)觸發(fā)的事件，提高了處理效率。

在實(shí)際應(yīng)用中，開發(fā)者需要根據(jù)具體場景和需求選擇合適的I/O模型和復(fù)用技術(shù)。對(duì)于需要處理大量并發(fā)連接的應(yīng)用，非阻塞I/O和I/O復(fù)用技術(shù)通常是更好的選擇。而對(duì)于簡單的、不需要處理大量并發(fā)連接的應(yīng)用，阻塞I/O模型可能更加適合。

數(shù)據(jù)的傳輸路徑

數(shù)據(jù)報(bào)文收發(fā)的總體流程

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸路徑涉及多個(gè)層次和組件，從物理層到應(yīng)用層。數(shù)據(jù)報(bào)文（或稱數(shù)據(jù)包）的收發(fā)遵循一個(gè)總體流程，包括發(fā)送報(bào)文和接收?qǐng)?bào)文兩個(gè)主要階段。

1. 發(fā)送報(bào)文

發(fā)送報(bào)文的過程通常涉及以下步驟：

應(yīng)用層處理：

• 應(yīng)用程序生成要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
• 應(yīng)用程序使用適當(dāng)?shù)膮f(xié)議（如HTTP、FTP、SMTP等）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，添加必要的頭部信息（如目標(biāo)地址、端口號(hào)等）。

傳輸層處理：

• 傳輸層（通常是TCP或UDP）接收來自應(yīng)用層的數(shù)據(jù)段，并添加傳輸層頭部信息（如序列號(hào)、窗口大小、校驗(yàn)和等）。
• 如果是TCP連接，傳輸層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分割成適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)段，并處理流量控制和擁塞控制。

網(wǎng)絡(luò)層處理：

• 網(wǎng)絡(luò)層（通常是IP層）接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)包，并添加網(wǎng)絡(luò)層頭部信息（如源IP地址、目標(biāo)IP地址等）。
• 路由器根據(jù)數(shù)據(jù)包中的IP地址信息進(jìn)行路由選擇，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)目標(biāo)地址。

數(shù)據(jù)鏈路層處理：

• 數(shù)據(jù)鏈路層（如以太網(wǎng)）將網(wǎng)絡(luò)層傳來的數(shù)據(jù)包封裝成幀，添加幀頭部和尾部（如MAC地址、幀類型等）。
• 幀通過物理介質(zhì)（如網(wǎng)線、無線信號(hào)等）傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點(diǎn)。

物理層傳輸：

• 物理層負(fù)責(zé)在物理介質(zhì)上傳輸比特流。這涉及到電信號(hào)、光信號(hào)或無線信號(hào)的傳輸。

2. 接收?qǐng)?bào)文

接收?qǐng)?bào)文的過程是發(fā)送過程的逆向操作，通常涉及以下步驟：

物理層接收：

• 物理層接收到來自物理介質(zhì)的比特流，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)鏈路層可以理解的信號(hào)。

數(shù)據(jù)鏈路層處理：

• 數(shù)據(jù)鏈路層從接收到的信號(hào)中提取幀，驗(yàn)證幀的完整性（如CRC校驗(yàn)）。
• 如果幀有效，數(shù)據(jù)鏈路層將其傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層處理：

• 網(wǎng)絡(luò)層從幀中提取數(shù)據(jù)包，并根據(jù)數(shù)據(jù)包中的IP地址信息進(jìn)行路由處理。
• 如果數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址與本地節(jié)點(diǎn)匹配，網(wǎng)絡(luò)層將其傳遞給傳輸層。

傳輸層處理：

• 傳輸層（TCP或UDP）接收數(shù)據(jù)包，并驗(yàn)證其完整性和正確性（如序列號(hào)、校驗(yàn)和等）。
• 如果是TCP連接，傳輸層負(fù)責(zé)重新排序收到的數(shù)據(jù)段，并進(jìn)行流量控制和擁塞控制。

應(yīng)用層處理：

• 應(yīng)用層從傳輸層接收數(shù)據(jù)，并去除協(xié)議頭部信息。
• 應(yīng)用程序處理接收到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要執(zhí)行相應(yīng)的操作（如顯示網(wǎng)頁、保存文件等）。

在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)通信中，發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文的過程可能涉及多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)（如路由器、交換機(jī)等）的轉(zhuǎn)發(fā)和處理。此外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托?，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的各個(gè)層次通常會(huì)使用各種算法和機(jī)制（如差錯(cuò)控制、流量控制、擁塞控制等）來優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸過程。⁴

整理工具：

• 繪圖工具：VISO
• 截圖工具：Photor
• 文本工具：typora
• 書簽工具：pocket

參考文獻(xiàn)：

到了這里，關(guān)于DP讀書：《openEuler操作系統(tǒng)》（十）套接字 Socket 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｐ偷奈恼戮徒榻B完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！