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socket編程—技術實現

這幾天都在玩socket了，有一點心得，貼出來與大家共賞，若有不妥或錯誤的地方，還請各位看官指點一二。

什么是socket？socket就是...，我在這里就不抄書了，有興趣的同仁去查查書吧。
不過還要說一句，socket就是不同進程之間的一種通信方式。就象打電話是朋友之間的一種通信方式是一樣。個人理解：所謂“通信”，就是相互之間發送數據。有人理解socket是不同計算機之間的一種通信方
式，這是不確切的。兩個進程，不管是運行在同一臺計算機上，還是運行在不同計算機上，都可通過
socket技術進行通信。

socket套接字的使用需要有網卡的支持，所以socket一般都被用來在不同機器之間通信，而如果在同一臺計算機上的兩個進程進行通信，通常采用效率更高的共享內存技術來實現。

兩個進程之間進行通訊，就需要兩個進程同時都在運行了（廢話），在具體實現中，兩個進程我們通常要區別對待，一個進程專門等待另一個進程給自己發消息，收到消息后進行處理，在把處理結果發送回去。我們把專門處理消息、提供服務的進程稱為服務器端，把發送消息、請求處理的進程稱為客戶端。總體過程就是客戶端發送一個消息給服務器端，服務器端進程收到消息進行處理，把處理結果發送給客戶端。恩，就是這樣。

還有一個問題，如果我現在有一個進程要跟另一臺計算機上的某個進程進行socket通信，那在我這個進程中如何指定另一個進程呢？這里還需要說一下另一個概念——端口，如果把操作系統比作一座房子的話，那端口就是房子的窗口，是系統外界同系統內部進行通信的通道。在socket實現中，我們不進行另一個進程的指定，而是指定發送消息或接收消息的端口號。比如說現在進程A要給進程B發消息，我們會把消息發送到進程B所運行的計算機的端口N上，而進程B此時正在監視端口N，這樣進程B就能收到進程A發送來的數據，同樣進程B也把消息發送到該端口上，進程A也能從該端口收到進程B發送來的數據，當然，這需要客戶端和服務器端關于端口號進行一個約定，即共同操作同一個端口。如果客戶端把消息發送到端口N1上，而服務器端監視的是端口N2，那通信一定不能成功。端口號最大為65535，不能比這個再大了，但在我們自己的程序中盡量不要用小于1024的端口號，小于1024的端口好很多都被系統使用了，比如23被telnet所使用。

socket的實現是很簡單的，只要按照一定的步驟，就可馬上建立一個這樣的通信通道。

下面較詳細的介紹幾個核心的函數：

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
無論是客戶端還是服務器端，下面這個函數是一定要用到的，也是最先用到的。
這個函數是要告訴系統，給我準備好一個socket通道，我要和其它進程通信了。函數的返回值很重要，我們要記下來，它表示系統為我們準備好的這個socket通道，在以后的每個socket相關函數中都會用到，如果這個值等于SOCKET_ERROR，表示函數執行失敗了。函數的參數我們分別給：PF_INET、SOCK_STREAM和IPPROTO_TCP。

int bind(SOCKET s, const sockaddr *addr, int namelen);
這個函數只有服務器端程序使用，作用是與某個socket通道綁定。可以用返回值判斷該函數執行結果怎么樣，如果等于SOCKET_ERROR，那就是失敗了。第一個參數s，就是socket()函數的返回值；在結構addr中，我們要給定一個端口號；namelen等于結構sockaddr的大小。

int listen(SOCKET s, int backlog);
這個函數只有服務器端程序使用，作用是監聽該端口。返回值與bind函數意義一樣。

int accept(SOCKET s, sockaddr *addr, int *addrlen);
這個函數只有服務器端程序使用，作用是響應客戶端的連接。返回值與bind函數意義一樣。

int connect(SOCKET s, const sockaddr *name, int namelen);
這個函數只有客戶端程序使用，作用是把客戶端和某個計算機的某個端口建立連接。返回值與bind函數意義一樣。第一個參數s，就是socket()函數的返回值；在結構name中，我們要給定一個端口號和目的機器名；namelen等于結構sockaddr的大小。

int send(SOCKET s, char *buf, int len, int flags);
int recv(SOCKET s, char *buf, int len, int flags);
這兩個函數就是發送數據和接收數據，客戶端和服務器端程序都能用，哪個發送哪個接收不用說了吧？呵呵。
從函數的返回值可以檢查函數執行是否成功。參數中buf是指向發送或接收的數據的指針，len是數據長度。flags我們給個0就可以（其實是我不知道具體含義）。

最后就是關閉socket了，這個很容易忘掉，但這個函數很重要，一定要用。
int closesocket(SOCKET s);

好了，關鍵函數就這么幾個，下圖是這幾個函數的執行順序：

client端 service端

? | ? ? |
? v ? ? v
socket() socket()
? | ? ? |
? | ? ? v
? | ? bind()
? | ? ? |
? | ? ? v
? | ? listen()
? | ? ? |
? | ? ? v
? | ? accept() 掛起，直到有客戶端來連接
? | ? ? |
? v ? 三段握手過程 ? |
connect() <-------------> |
? | ? ? |
? v ? 發送消息 ? v
? +---> send() ---------------> recv() <-------+
? | ? | ? ? . |
? | ? | ? ? . 處理消息 |
? | ? v ? 響應消息 ? . |
? +---- recv() <--------------- send() --------+
? | ? ? |
? v ? ? |
close() ---------------> recv()
? ? |
? ? v
? closesocket()

上圖我覺得能很好的說明客戶端和服務器端的運行軌跡。

使用以上幾個函數在 linux 系統上就可成功建立一個socket通信連路，但如果在windows系統上，還要用到另一個函數：
int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);
在windows系統上，首先要執行這個函數，所以要把這個函數放在socket()函數的前面。

我對上面的函數進行了一些封裝，為節省篇幅，我去掉所有注釋和非重要的函數，在這里可以看到各個函數的具體用法：

在 VC60 環境下要運行下面的函數，要包含頭文件 errno.h 和 winsock2.h，還有，在連接的時候要連接上ws2_32.dll文件。

這是頭文件內容：
class Socket {
public:

bool setup();

void close();

bool connect(string host, int port);

bool listen();

int accept();

int recv(char *buf, int len);

int recv(int new_fd, char *buf, int len);

int send(const char *msg, int len);

int send(int new_fd, const char *msg, int len);

private:
? int _fd;
};

這是實現文件內容：
bool Socket::setup() {

WSADATA wsd;
_fd = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd);
if(_fd) {
return false;
}

_fd = ::socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (_fd == -1) {
return false;
}
return true;
}

bool Socket::listen() {
struct sockaddr_in my_addr;

my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(52309);
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

if(::bind(_fd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == SOCKET_ERROR) {
return false;
}

if(::listen(_fd, BACKLOG) == SOCKET_ERROR) {
return false;
}

return true;
}

int Socket::accept()
{
int new_fd;
struct sockaddr_in their_addr;
int sin_size = sizeof(their_addr);

printf("accepting... \n");

new_fd = ::accept(_fd,
? (struct sockaddr *)&their_addr,
? &sin_size);
return new_fd == SOCKET_ERROR ? -1:new_fd;
}

bool Socket::connect(string host, int port) {
struct hostent *_h = gethostbyname(host.c_str());
if (_h == 0) {
return false;
}

struct in_addr *_addr = (struct in_addr *)_h->h_addr;
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_addr = *_addr;
sin.sin_port = htons(port);

if (::connect(_fd, (sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR) {
return false;
}

return true;
}

int Socket::recv(int new_fd, char *buf, int len)
{
int nb = ::recv(new_fd, buf, len, 0);
if (nb == -1) {
printf("Error! recv.\n");
}
return nb;
}

int Socket::recv(char *buf, int len) {
return recv(_fd, buf, len);
}

int Socket::send(const char *msg, int len) {
return send(_fd, msg, len);
}

int Socket::send(int new_fd, const char *msg, int len)
{
int nb = ::send(new_fd, msg, len, 0);
if (nb == -1) {
printf("Error! send.\n");
}

return nb;
}

void Socket::close() {

int trytimes = 0;
while(::closesocket(_fd) && trytimes < CLOSE_TRY_TIMES)
trytimes++;

if(trytimes == 10) {
printf("Cannot close socket!\n");
}
}

好，socket類是封裝好了，下面就是組織了，服務器端和客戶端是不一樣的，下面分別給出代碼，到這里已經就很簡單了。

客戶端：
int main(int argc, char **argv)
{
printf("socket of client is run ...\n");
Socket s;
if (!s.connect("dezhi", 52309))
return 0;

char *msg = "ok, send a message.";
for (int i=0; i<10; i++) {
s.send(msg, 20);
printf("message = %s\n", msg);
}
s.send("q", 1);
s.close();

return 0;
}

服務器：
int main(int argc, char **argv) {
printf("socket of service is run ...\n");

Socket s;
s.listen();
int new_fd = s.accept();

char buf[8];
buf[7] = '\0';
while (1) {
if (s.recv(new_fd, buf, 5) != -1) {
? printf("%s\n", buf);
? if (buf[0] == 'q')
? break;
}
}
s.close();
}

下面為運行結果：
客戶端：
socket of client is run ...
Socket: WSAStartup success execute.
Socket: socket success execute.
Socket: Establish the connection to "127.0.0.1:52309"
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
Socket: Close connection to "127.0.0.1:52309"
Press any key to continue

服務器端
socket of service is run ...
Socket: WSAStartup success execute.
Socket: socket success execute.
bind ok!
listen ok!
accepting...
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
qk, send a message.
Press any key to continue

就到這里吧。socket的相關內容可遠不止這些，我在這里只是給大家來個拋磚引玉，想深究？路還很漫長。關于詳細的實現代碼，去我的《源碼》上找吧，不放在這里，是為了讓篇幅小些。

posted on 2006-04-20 17:36 楊粼波閱讀(897) 評論(0) 編輯收藏引用所屬分類: 網絡編程

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