Linux高性能服务器编程--API

1. socket 地址API

1.1 主机字节序与网络字节序

主机字节序：简单来说，就是由多个字节组成的一个整数，字节的排序方式是从左到右还是从右到左。

分类：

大端字节序
小端字节序（主机字节序）

即使同一个主机上的两个进程通信，也要考虑字节序的问题。

解决方法：发送端都转为大端字节序，接受端都知道接受的都是大端字节序。

字节序的转换：见<netinet/in.h>,from host byte order to network byte order.

1.2 socket 地址

通用socket地址结构

  struct sockaddr {
  __uint8_t       sa_len;         /* total length */
  sa_family_t     sa_family;      /* [XSI] address family */
  char            sa_data[14];    /* [XSI] addr value (actually larger) */
  };

专用地址 ipv4地址, sockaddr_in

  #include<netinet/in.h>
  struct sockaddr_in
{
  __SOCKADDR_COMMON (sin_);
  in_port_t sin_port;   /* Port number.  */
  struct in_addr sin_addr;  /* Internet address.  */

  /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
  unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
              __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
              sizeof (in_port_t) -
              sizeof (struct in_addr)];
  };

专用地址 ipv6地址，sockaddr_in6
专用地址 UNIX 本地域sockaddr_un

注：所有专用的socket地址在实际使用时都需要转换为socket地址类型sockaddr（强制转换即可）。

协议簇与地址簇的关系。

协议簇	地址簇	描述
PF_UNIX	AF_UNIX	本地
PF_INET	AF_INET	ipv4
PF_INET6	PF_INET	ipv6

1.3 ip地址转换函数

in_addr_t inet_addr(const char *strptr); 点分十进制ip转换为网络字节序
int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp); 点分十进制ip转换为网络字节序
char *inet_ntoa(struct in_addr in); 点分十进制ip转换为网络字节序

1.4 专用socket地址

所有的socket地址都要转换为sockaddr地址使用。

2. 完成一个小的服务器

2.1 完整代码

static bool stop = false;
static void handle_term(int sig){
    stop = true;
}

int main(int argc,char*argv[]){
    signal(SIGTERM,handle_term);
    if (argc <= 3){
        printf("--");
        return 1;
    }

    const char* ip = argv[1];  // ip
    int port = atoi(argv[2]);  // 字符串变为整形  端口
    int backlog = atoi(argv[3]); // 最大连接数

    int sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    assert( sock >= 0);

    // 创建一个ipv4 地址
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address,sizeof(address));    // The  bzero() function erases the data in the n bytes of the memory starting at the location pointed to by s
    address.sin_family = AF_INET;           // TCP/IPv4协议族
    inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port); // The htons() function converts the unsigned short integer hostshort from host byte order to network byte order.

    int ret = bind(sock,(struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(sock,backlog);
    assert(ret != -1);


    // 循环等待链接，直到有SIGTERM 信号将他中断
    while (!stop){
        sleep(1);
    }

    close(sock);
    return 0;

2.2 创建socket

    int sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);

函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol);
一点备注
SOCK_STREAM -> TCP协议 SOCK_DGRAM -> UDP协议 domin 一般取0，其他的见manpage

2.3 监听socket 等待连接

这个自己可以试一下~

p13

2.4 接受链接

int main(int argc, char *argv[]){
    if (argc < 2)
        return 1;

    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in address; // ipv4
    bzero(&address,sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr); // 绑定ip
    address.sin_port = htons(port); // 绑定port

    int sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    assert(sock > 0);

    int ret = bind(sock,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address));
    assert(ret!= -1);

    ret = listen(sock,5);
    assert(ret != -1);

    sleep(20);
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t client_addrlength = sizeof(client);
    int connfd = accept(sock,(struct sockaddr*)&client,&client_addrlength);

    if (connfd < 0){
        printf("connect error");
    } else{
        // 链接成功
        char remote[INET_ADDRSTRLEN ];
        printf( "connected with ip: %s and port: %d\n",
                inet_ntop( AF_INET, &client.sin_addr, remote, INET_ADDRSTRLEN ), ntohs( client.sin_port ) );
        close( connfd );
    }
    close(sock);
    return 0;
}

2.5 客户端与服务端通信例子 TCP

客户端

int main(int argc, char *argv[]){
    if (argc <= 2)
        return 1;
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in server_address;
    bzero(&server_address, sizeof(server_address));
    server_address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&server_address.sin_addr);
    server_address.sin_port = htons(port);

    int socketfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    assert(socketfd > 0);

    if (connect(socketfd,(struct  sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address)) < 0){
        printf("connection failed\n");
    } else{
        const char *s1 = "abc";
        const char *s2 = "123";

        send(socketfd,s1, strlen(s1),0);
        send(socketfd,s2, strlen(s2),0);
    }
    close(socketfd);
    return 0;
}

服务端

#define BUF_SIZE 1024


int main(int argc,char* argv[]){
    if (argc <=2 ){
        return 1;
    }

    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address,sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    assert(sock >= 0);

    int ret = bind(sock,(struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(sock,5);
    assert(ret != -1);

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t client_addrlength = sizeof(client);
    int connfd = accept(sock,(struct sockaddr*)&client,&client_addrlength);
    if (connfd < 0){
        printf("error");
    } else{
        char buffer[BUF_SIZE];
        memset(buffer,'\0',BUF_SIZE);
        ret = recv(connfd,buffer,BUF_SIZE - 1,0);
        printf("got data : %s\n",buffer);
        close(connfd);
    }
    close(sock);
    return 0;
}

3. 数据读写

3.1 TCP数据读写

读
ssize_t recv(int sockfd,void *buf,size_t len, int flags);
写
ssize_t send(int sockfd,const void *buf,size_t len,int flags);

3.2 UDP数据读写

读
recvfrom
写 sendto

3.3 通用数据读写

读
revcmsg
写 sendmsg

4. 判断是否为外带数据

在实际应用中，我们通常无法预期外带数据合适到来。Linux内核检测到TCP紧急标志时，通过两种方式通知应用程序：

IO复用产生的异常
SIGURG信号

但是，即使应用程序得到了外带数据的通知，还要知道外带数据的位置。通过sockatmark函数。 int sockamark();

5. 获取地址信息函数

    // 获取本端
     int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    // 获取远端
    int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

6. socket 选项

int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,
                void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
                const void *optval, socklen_t optlen);

p15

6. 网络信息API

下面两条命令是等价的：

telnet 217.0.0.1 80
telnet localhost www

6.1 根据主机名称或地址获得主机的完整信息

gethostbyname,
gethostbyaddr

6.2 根据名称或端口获得服务信息

getservbyname
getservbyport

6.3 Demo

int main(int argc,char *argv[]){
    assert(argc == 2);
    char *host = argv[1];

    // 1. 获取主机地址信息
    struct hostent *hostinfo = gethostbyname(host);
    assert(hostinfo);

    // 2. 获取daytime服务信息
    struct servent *servinfo = getservbyname("daytimne","tcp");
    printf("daytime port is %d\n",ntohs(servinfo->s_port));

    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_port = servinfo->s_port;
    address.sin_addr = *(struct in_addr*)*hostinfo->h_addr_list;
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    int result = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address));
    char buffer[128];
    result = read(sockfd,buffer,sizeof(buffer));
    printf("the day time is %s",buffer);
    close(sockfd);
    return 0;
}

6.4 getaddrinfo 与 getnameinfo

略

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1. socket 地址API

1.1 主机字节序与网络字节序

1.2 socket 地址

1.3 ip地址转换函数

1.4 专用socket地址

2. 完成一个小的服务器

2.1 完整代码

2.2 创建socket

2.3 监听socket 等待连接

2.4 接受链接

2.5 客户端与服务端通信例子 TCP

3. 数据读写

3.1 TCP数据读写

3.2 UDP数据读写

3.3 通用数据读写

4. 判断是否为外带数据

5. 获取地址信息函数

6. socket 选项

6. 网络信息API

6.1 根据主机名称或地址获得主机的完整信息

6.2 根据名称或端口获得服务信息

6.3 Demo

6.4 getaddrinfo 与 getnameinfo

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1. socket 地址API

1.1 主机字节序与网络字节序

1.2 socket 地址

1.3 ip地址转换函数

1.4 专用socket地址

2. 完成一个小的服务器

2.1 完整代码

2.2 创建socket

2.3 监听socket 等待连接

2.4 接受链接

2.5 客户端与服务端通信 例子 TCP

3. 数据读写

3.1 TCP数据读写

3.2 UDP数据读写

3.3 通用数据读写

4. 判断是否为外带数据

5. 获取地址信息函数

6. socket 选项

6. 网络信息API

6.1 根据主机名称或地址获得主机的完整信息

6.2 根据名称或端口获得服务信息

6.3 Demo

6.4 getaddrinfo 与 getnameinfo

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