linux进程间的网络通信

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一、进程是如何进行网络通信的？socket通信的过程？

同一机器上的不同进程之间的通信方式有很多种，主要使用消息传递或共享内存。而跨网络的进程是几乎都是使用socket通信，例如web服务器，QQ。

socket即是一种特殊的文件，操作系统提供了一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），进程间的通信就是靠读写各自的socket完成的。

通信的过程

server：

使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议套接字
使用bind（）系统调用给创建的socket命名，这个名字就是通常所说的服务器地址（ip地址+端口号），例如服务器的80端口
使用listen（）系统调用，监听来自客户端的连接。
使用accept（）系统调用，接受来自客户端的连接，这个调用一直处于阻塞状态，直到有客户端的连接。
向连接建立的socket里面读写数据（通信）

注意：server最初会创建一个socktet，收到连接请求后（accept()）之后会创建一个与原有的命名套接字不同的套接字。这个新的套接字只与这个特定的client通信，而命名套接字会保留下来继续处理来自client的连接。

client：

使用socket（）系统调用创建一个指定类型和协议的套接字。
使用connect（）将1中创建的socket连接到服务器的地址。
使用系统调用发送和接受数据，最简单的是read( )和write（）函数。

二、主要知识点和系统调用介绍

1. int socket(int domain, int type, int protocol); 创建指定类型的socket，两个进程能够通信，必须使用相同域和类型的套接字。

domain：主要有AF_INET,AF_INIT6,分别表示IPv4、IPv6域
type：SOCK_STREAM 表示有序、可靠、双向的面向连接的字节流；SOCK_DGRAM 表示长度固定的、无连接的不可靠的报文传递。
protocol：一般是0，系统会根据前面的域名和类型，选择合适的协议如TCP、UDP协议等。

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

sockfd：创建scoket时返回的socket描述符。类似于文件描述符号。
addr：socket绑定的地址
addrlen：第二个参数是指针，第三个参数是长度

地址格式：

struct sockaddr_in {

sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};

注意：通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。

这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

3.其它

int listen(int sockfd, int backlog); //监听socket的描述符，backlog表示最到连接数
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //客户端连接服务器的地址
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //服务器接受连接
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

三、简单易学的socket程序示例

一个简单的示例，创建AF_INET型域和SOCK_STREAM面向连接的socket字，server开启服务，client请求连接，向server发送消息，server收到消息后，回应client，结束连接，也关闭服务器。
代码中有注释，基本上是安装前面socket通信的步骤写的代码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h> void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, newsockfd, portno;
socklen_t clilen;
char buffer[];
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
int n;
if (argc < ) {
fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
exit();
} //create a socktet
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); //bind an address to that socktet
bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[]);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR on binding"); // listen to the socktet
listen(sockfd,); //accept connection and create a corresponding new socket
clilen = sizeof(cli_addr);
newsockfd = accept(sockfd,
(struct sockaddr *) &cli_addr,
&clilen);
if (newsockfd < )
error("ERROR on accept"); //communication with the new sockfd(read and write data)
bzero(buffer,);
n = read(newsockfd,buffer,);
if (n < ) error("ERROR reading from socket");
printf("Here is the message: %s\n",buffer);
n = write(newsockfd,"I got your message",);
if (n < ) error("ERROR writing to socket"); //ends the connection
close(newsockfd); //ends server
close(sockfd);
return ;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h> void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, portno, n;
struct sockaddr_in serv_addr;
struct hostent *server; char buffer[];
if (argc < ) {
fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[]);
exit();
}
portno = atoi(argv[]); //create a socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); server = gethostbyname(argv[]);
if (server == NULL) {
fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n");
exit();
}
bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
bcopy((char *)server->h_addr,
(char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
server->h_length);
serv_addr.sin_port = htons(portno); //connect
if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR connecting");
printf("Please enter the message: ");
bzero(buffer,);
fgets(buffer,,stdin); //write and read data
n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));
if (n < )
error("ERROR writing to socket");
bzero(buffer,);
n = read(sockfd,buffer,);
if (n < )
error("ERROR reading from socket");
printf("%s\n",buffer); //end this connection
close(sockfd);
return ;
}

使用方法：./server 3000 ./client localhost 3000 一般使用2000～65536之间的端口号

上面的代码虽然能让人很快理解，进程之间的网络通信是怎么进行的。但是server只是接收一次消息，就马上结束退出。

而实际中的server是一直在运行的，并且能够同时接收多个client的访问，典型的做法是server每次收到连接请求式都fork一个新的子进程来处理连接请求。

为了避免产生zombie进程，需要在程序中使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN);使得父进程无视子进程的die。

改进后的代码：

/* A simple server in the internet domain using TCP
The port number is passed as an argument
This version runs forever, forking off a separate
process for each connection
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h> void dostuff(int); /* function prototype */
void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit();
} int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, newsockfd, portno, pid;
socklen_t clilen;
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; if (argc < ) {
fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
exit();
}
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if (sockfd < )
error("ERROR opening socket"); bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[]);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
sizeof(serv_addr)) < )
error("ERROR on binding"); listen(sockfd,);
clilen = sizeof(cli_addr);
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
while () {
newsockfd = accept(sockfd,
(struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
if (newsockfd < )
error("ERROR on accept");
pid = fork();
if (pid < )
error("ERROR on fork");
if (pid == ) {
//close(sockfd);
dostuff(newsockfd);
exit();
}
else close(newsockfd);
} /* end of while */
close(sockfd);
return ; /* we never get here */
} /******** DOSTUFF() *********************
There is a separate instance of this function
for each connection. It handles all communication
once a connnection has been established.
*****************************************/
void dostuff (int sock)
{
int n;
char buffer[]; bzero(buffer,);
n = read(sock,buffer,);
if (n < ) error("ERROR reading from socket");
printf("Here is the message: %s\n",buffer);
n = write(sock,"I got your message",);
if (n < ) error("ERROR writing to socket");
}