網路程式設計之socket套接字詳解
技術標籤：# 網路IO管理
目錄：
- socket
- bind
- listen
- connect
- accept
1. socket：
（1）函式原型：
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
（2）引數：
socket函式用於建立一個套接字，這是在應用層呼叫的，所以應用程式需要在呼叫socket建立套接字時根據應用層的業務型別，指定它所希望採用的網路層、傳輸層所使用的的協議。
核心中套接字是一層一層進行抽象展示的，把共性的東西抽取出來，這樣對外提供的介面可以儘量統一。
核心中把套接字的定義會抽象出來展示，如：struct sock -> struct inet_sock -> struct tcp_sock 從抽象到具體.
socket函式的這三個引數其實就是把抽象的socket具體化的條件，domain引數決定圖中所示的第二層通訊域，type決定了第三層的通訊模式，protocol決定了第四層真正的通訊協議。
domain 引數的幾個常用值：
AF_UNIX / AF_LOCAL : local communication, 本地通訊
AF_INET : IPv4 網路通訊
AF_INET6 : IPv6 網路通訊
type
SOCK_STREAM : 流套接字：提供序列化的、可靠的、雙工的、基於連線的位元組流式服務
SOCK_DGRAM : 資料報套接字：提供資料報式的服務（無連線、不可靠、有最大長度限制）
SOCK_RAW : 原始套接字：提供原始套接字服務
此外，type還可以設定以下幾種型別：
SOCK_NONBLOCK : 設定為非阻塞式IO，functl(O_NONBLOCK) 是一樣的效果
SOCK_CLOEXEC : 與open(O_CLOEXEC)一樣，open開啟時關閉檔案描述符，防止父程序洩漏開啟的檔案給子程序
protocol 引數
確定socket到底支援哪個協議，例如如果domain=AF_INET, type = SOCK_STREAM,那麼核心就會自動設定Protocol = IPPROTO_TCP;
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //等價於 :
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //等價於：
socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
（3）返回值：
成功時返回sockfd套接字描述符，失敗返回-1，並設定errno。
常見的errno：
EACCES： 沒有許可權建立sockfd套接字
EINVAL：指定的協議錯誤
2. bind：
（1）bind 函式原型：
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
使用舉例：
struct sockaddr_in servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//
servaddr.sin_port = htons(65535);
bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
（2）bind 引數：
socket函式建立了一個sockfd套接字描述符，想要進行網路通訊還要將套接字與埠號、IP地址繫結起來（埠號+IP地址用來描述TCP連線的一端），Unix中用套接字地址結構這樣的一個結構體在核心與應用程式之間傳遞IP地址和埠號：
服務端（客戶端）應用程序將自己想要繫結（連線）的IP地址和埠後寫道套接字地址結構這樣的結構體中，然後傳遞給核心；服務端核心在接收到新的客戶端連線後將客戶端的IP地址、埠號通過此結構體傳遞給應用程序。
另外，由於歷史原因，因為套接字地址結構是在ANSI C之前定義的，當時函式還沒有void *這樣的引數型別，所以類似於bind的函式如果想要接受 IPv4、IPv6等多種型別的結構體，就要有一個通配的結構體型別，因此而產生了通用套接字地址結構。
IPv4 套接字地址結構：
#include <netinet/in.h>
struct sockadrr_in {
uint8_t sin_len; //length of structure(16)
sa_family_t sin_family; //AF_INET
in_port_t sin_prot; //`16` bit TCP or UDP port number
struct in_addr sin_addr; //`32` bit IPv4 Address
char sin_zero[8]; //unused
};
struct in_addr {
in_addr_t s_addr;
};
通用套接字地址結構：
#include <sys/socket.h>
struct sockaddr {
uint8_t sa_len;
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
位元組序轉換函式：
主機位元組序可能與網路位元組序不相同，因此在傳入地址、埠號等時需要先進行位元組序轉換：
#include <netinet/in.h>
unit16_t htons(uint16_t val); //將16 bit位的整數從主機序轉換為網路序，返回值為網路序
uint32_t htonl(uint32_t val);
uint16_t ntohs(uint16_t val);
uint32_t ntohl(uint32_t val);
地址轉換函式：
由於網路IP地址的表達方式有多種（ASCII字串、網路位元組序的二進位制），因此需要轉換。
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);
//成功則返回1，格式無效返回0，失敗返回-1
const char *inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);
//成功則返回指向結果的指標，失敗返回NULL
（3）bind 返回值：
成功返回0，失敗返回-1，並設定errno
常見的errno：
EADDRINUSE: Address already in use，所以要繫結的地址已使用
3. listen：
（1）listen 函式原型：
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
（2）listen 引數：
backlog：
核心為一個監聽套接字維護兩個佇列：（注意一定是監聽套接字，服務端等待連線的套接字）
- SYN佇列：
在三次握手中，收到了客戶端的第一個SYN，此時連線放入SYN佇列中（未完成連線佇列）； - ACCEPT佇列：
在三次握手中，收到了客戶端的第三個ACK，此時連線從SYN佇列中取出，放入到ACCEPT佇列中。服務端呼叫accept，就是從ACCEPT佇列中取出一個已完成連線。
backlog到底指的是哪個佇列的大小？
在《TCP/IP詳解(卷一)》中這樣描述：
SYN佇列的大小由核心引數net.ipv4.tcp_max_syn_backlog決定（預設1000）；
ACCEPT佇列取 min(backlog, net.core.someconn=128)的最小值來決定。
也就是說listen函式的backlog引數是用來配置ACCEPT全連線佇列的，但是ACCEPT佇列同時要受另一個核心引數的限制。
（3）listen 返回值：
成功返回0，失敗返回-1，並設定errno
常見的errno：
EADDRINUSE: Another socket is already listening on the same port. 另一個套接字已經在監聽這個埠
ENOTSOCK: The file descriptor sockfd does not refer to a socket. 傳入的fd檔案描述符不是套接字
4. connect：
（1）connect 函式原型：
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);
（2）connect 引數：
略
（3）connect 返回值：
成功返回0，失敗返回-1，並設定errno
常見的errno：
EINPROGRESS: sockfd為非阻塞，且資料未就緒時connect返回（待補充）
ECONNREFUSED: No-one listening on the remote address. 所連線的IP地址上沒有套接字監聽
ETIMEOUT: Timeout while attempting connection. The server may be too busy to accept new connections. 連線超時（TCP三次握手超時，可能是伺服器繁忙沒有響應）
5. accept：
（1）accept 函式原型：
#include <sys/socket.h>
int accept(int listenfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
（2）accept 引數：
略
（3）accept 返回值：
成功返回非負描述符（connfd），失敗返回-1，並設定errno
常見的errno：
（待補充）
參考內容：