BSD Socket 簡易入門手冊

火星人 @ 2014-03-12 , reply:0


  翻譯:Wilbur Lang

目錄
介紹
類比 (什麼是 socket ?)
裝上你的新電話(怎樣偵聽?)
撥號 (如何調用 socket)
談話(如何通過 sockets 交談)
掛起(結束)
世界語(交流的語言很重要)
未來在你的掌握了(下一步?)


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介紹
當你進入 UNIX 的神秘世界后,立刻會發現越來越多的東西難以理解。對於大多數人來說,BSD socket 的概念就是其中一個。這是一個很短的教程來解釋他們是什麼、他們如何工作並給出一些簡單的代碼來解釋如何使用他們。

類比 (什麼是 socket ?)
socket 是進行程序間通訊(IPC)的 BSD 方法。這意味著 socket 用來讓一個進程和其他的進程互通信息,就象我們用電話來和其他的人交流一樣。

用電話來比喻是很恰當的,我們在後面將一直用電話這個概念來描敘 socket 。

裝上你的新電話(怎樣偵聽?)
一個人要能夠收到別人打給他的電話,首先他要裝上一門電話。同樣,你必須先建立 socket 以偵聽線路。這個過程包含幾個步驟。首先,你要建立一個新的 socket,就象先裝上電話一樣。socket() 命令就完成這個工作。

因為 sockets 有幾種類型,你要註明你要建立什麼類型的。你要做一個選擇是 socket 的地址格式。如同電話有音頻和脈衝兩種形式一樣,socket 有兩個最重要的選項是 AF_UNIX 和 IAF_INET。AF_UNIX 就象 UNIX 路徑名一樣識別 sockets。這種形式對於在同一台機器上的 IPC 很有用。而 AF_INET 使用象 192.9.200.10 這樣被點號隔開的四個十進位數字的地址格式。除了機器地址以外,還可以利用埠號來允許每台機器上的多個 AF_INET socket。我們這裡將著重於 AF_INET 方式,因為他很有用並廣泛使用。

另外一個你必須提供的參數是 socket 的類型。兩個重要的類型是 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。 SOCK_STREAM 表明數據象字元流一樣通過 socket 。而 SOCK_DGRAM 則表明數據將是數據報(datagrams)的形式。我們將講解 SOCK_STREAM sockets,他很常見並易於使用。

在建立 socket 后,我們就要提供 socket 偵聽的地址了。就象你還要個電話號碼來接電話一樣。bind() 函數來處理這件事情。

SOCK_STREAM sockets 讓連接請求形成一個隊列。如果你忙於處理一個連接,別的連接請求將一直等待到該連接處理完畢。listen() 函數用來設置最大不被拒絕的請求數(一般為5個)。一般最好不要使用 listen() 函數。

下面的代碼說明如何利用 socket()、 bind() 和 listen() 函數建立連接並可以接受數據。


/* code to establish a socket; originally from bzs@bu-cs.bu.edu
*/

int establish(unsigned short portnum)
{ char myname[MAXHOSTNAME+1];
int s;
struct sockaddr_in sa;
struct hostent *hp;

memset(&sa, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); /* clear our address */
gethostname(myname, MAXHOSTNAME); /* who are we? */
hp= gethostbyname(myname); /* get our address info */
if (hp == NULL) /* we don't exist !? */
return(-1);
sa.sin_family= hp->h_addrtype; /* this is our host address */
sa.sin_port= htons(portnum); /* this is our port number */
if ((s= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) /* create socket */
return(-1);
if (bind(s,&sa,sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
close(s);
return(-1); /* bind address to socket */
}
listen(s, 3); /* max # of queued connects */
return(s);
}

在建立完 socket 后,你要等待對該 socket 的調用了。accept() 函數為此目的而來。調用 accept() 如同在電話鈴響後提起電話一樣。Accept() 返回一個新的連接到調用方的 socket 。

下面的代碼演示使用是個演示。


/* wait for a connection to occur on a socket created with establish()
*/
int get_connection(int s)
{ int t; /* socket of connection */

if ((t = accept(s,NULL,NULL)) < 0) /* accept connection if there is one */
return(-1);
return(t);
}

和電話不同的是,在你處理先前的連接的時候,你還可以接受調用。為此,一般用 fork 來處理每個連接。下面的代碼演示如何使用 establish() 和 get_connection() 來處理多個連接。


#include /* obligatory includes */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define PORTNUM 50000 /* random port number, we need something */

void fireman(void);
void do_something(int);

main()
{ int s, t;

if ((s= establish(PORTNUM)) < 0) { /* plug in the phone */
perror("establish");
exit(1);
}

signal(SIGCHLD, fireman); /* this eliminates zombies */

for (;;) { /* loop for phone calls */
if ((t= get_connection(s)) < 0) { /* get a connection */
if (errno == EINTR) /* EINTR might happen on accept(), */
continue; /* try again */
perror("accept"); /* bad */
exit(1);
}
switch(fork()) { /* try to handle connection */
case -1 : /* bad news. scream and die */
perror("fork");
close(s);
close(t);
exit(1);
case 0 : /* we're the child, do something */
close(s);
do_something(t);
exit(0);
default : /* we're the parent so look for */
close(t); /* another connection */
continue;
}
}
}

/* as children die we should get catch their returns or else we get
* zombies, A Bad Thing. fireman() catches falling children.
*/
void fireman(void)
{
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
;
}

/* this is the function that plays with the socket. it will be called
* after getting a connection.
*/
void do_something(int s)
{
/* do your thing with the socket here
:
:
*/
}

撥號 (如何調用 socket)
現在你應該知道如何建立 socket 來接受調用了。那麼如何調用呢?和電話一樣,你要先有個電話。用 socket() 函數來完成這件事情,就象建立偵聽的 socket 一樣。

在給 socket 地址后,你可以用 connect() 函數來連接偵聽的 socket 了。下面是一段代碼。


int call_socket(char *hostname, unsigned short portnum)
{ struct sockaddr_in sa;
struct hostent *hp;
int a, s;

if ((hp= gethostbyname(hostname)) == NULL) { /* do we know the host's */
errno= ECONNREFUSED; /* address? */
return(-1); /* no */
}

memset(&sa,0,sizeof(sa));
memcpy((char *)&sa.sin_addr,hp->h_addr,hp->h_length); /* set address */
sa.sin_family= hp->h_addrtype;
sa.sin_port= htons((u_short)portnum);

if ((s= socket(hp->h_addrtype,SOCK_STREAM,0)) < 0) /* get socket */
return(-1);
if (connect(s,&sa,sizeof sa) < 0) { /* connect */
close(s);
return(-1);
}
return(s);
}

這個函數返回一個可以流過數據的 socket 。

談話(如何通過 sockets 交談)
好了,你在要傳輸數據的雙方建立連接了,現在該傳輸數據了。read() 和 write() 函數來處理吧。除了在 socket 讀寫和文件讀寫中的一個區別外,和處理一般的文件一樣。區別是你一般不能得到你所要的數目的數據。所以你要一直循環到你需要的數據的到來。一個簡單的例子:將一定的數據讀到緩存。


int read_data(int s, /* connected socket */
char *buf, /* pointer to the buffer */
int n /* number of characters (bytes) we want */
)
{ int bcount; /* counts bytes read */
int br; /* bytes read this pass */

bcount= 0;
br= 0;
while (bcount < n) { /* loop until full buffer */
if ((br= read(s,buf,n-bcount)) > 0) {
bcount += br; /* increment byte counter */
buf += br; /* move buffer ptr for next read */
}
else if (br < 0) /* signal an error to the caller */
return(-1);
}
return(bcount);
}

相同的函數也可以寫數據,留給我們的讀者吧。

掛起(結束)
和你通過電話和某人交談后一樣,你要在 socket 間關閉連接。一般 close() 函數用來關閉每邊的 socket 連接。如果一邊的已經關閉,而另外一邊卻在向他寫數據,則返回一個錯誤代碼。

世界語(交流的語言很重要)
現在你可以在機器間聯絡了,可是要小心你所說的話。許多機器有自己的方言,如 ASCII 和 EBCDIC。更常見的問題是位元組順序問題。除非你一直傳輸的都是文本,否則你一定要注意這個問題。幸運的是,人們找出了解決的辦法。

在很久以前,人們爭論哪種順序更「正確」。現在必要時有相應的函數來轉換。其中有 htons()、ntohs()、htonl() 和 ntohl()。在傳輸一個整型數據前,先轉換一下。


i= htonl(i);
write_data(s, &i, sizeof(i));

在讀數據后,再變回來。


read_data(s, &i, sizeof(i));
i= ntohl(i);

如果你一直堅持這個習慣,你將比別人少出錯的機會。

未來在你的掌握了(下一步?)
就用我們剛才討論的東西,你就可以寫自己的通訊程序了。和對待所有的新生事物一樣, 最好還是看看別人已經做了些什麼。這裡有許多關於 BSD socket 的東西可以參考。

請注意,例子中沒有錯誤檢查,這在「真實」的程序中是很重要的。你應該對此充分重視。




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