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LinuxC网络编程

發布時間：2023/12/31 linux 31 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 LinuxC网络编程小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

一、socket
二、bind
三、setsockopt
四、listen（TCP服務端）
五、accept（TCP服務端）
六、connect（TCP客戶端）
七、send&recv（TCP）
八、sendto&recvfrom（UDP）
九、shutdown
十、epoll_create
十一、epoll_ctl
十二、epoll_wait
十三、循環服務器模型（TCP）
十四、循環服務器模型（UDP）
十五、并發服務器模型（TCP多線程）
十六、并發服務器模型（TCP多進程）

一、socket

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：創建一個套接字文件，然后以文件形式來操作通信，不過套接字文件沒有文件名。

參數：

domain：用于指定協議族是IPV4還是IPV6，分別對應參數AF_INET和參數AF_INET6。
type：套接字類型，用于進一步指定使用協議族中的哪個子協議來通信：
①如果指定為SOCK_STREAM，表示使用TCP協議；
②如果指定為SOCK_DGRAM，表示使用UDP協議；
③如果指定為SOCK_RDM，表示使用原始網絡通信，即IP協議；
④如果指定為SOCK_NONBLOCK，表示將socket返回的文件描述符指定為非阻塞的，它可以與前面的宏進行或運算。
protocol：表示傳輸協議，一般情況下可以直接寫0，有操作系統自動推演出應該使用什么協議。

返回值：成功返回套接字描述符，失敗返回-1并設置errno。

二、bind

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);struct sockaddr_in {short int sin_family; /* Internet地址族 */unsigned short int sin_port; /* 端口號 */struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */unsigned char sin_zero[8]; /* 填0 */ };struct in_addr {unsigned long s_addr; /* IPV4的32位IP地址 */ };

功能：將指定了通信協議的套接字文件與IP以及端口綁定起來。

參數：

sockfd：套接字的文件描述符。
addr：指定要綁定的參數信息。編程中一般并不直接針對sockaddr數據結構操作，而是使用與sockaddr等價的sockaddr_in數據結構。
addrlen：第二個參數的結構的長度。

此外，由于網絡字節序有一般采用大端（高尾端）排序方式，所以從主機向網絡發送和從網絡向主機接收時要進行字節序的轉換：

#include <arpa/inet.h>uint32_t htonl(uint32_t hostlong); /* host to network short */ uint16_t htons(uint16_t hostshort); /* host to network short */ uint32_t ntohl(uint32_t netlong); /* network to host long */ uint16_t ntohs(uint16_t netshort); /* network to host short */

同時，IP地址的格式也要在字符串和32位整數之間相互轉化：

#include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h>int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); in_addr_t inet_addr(const char *cp); in_addr_t inet_network(const char *cp); char *inet_ntoa(struct in_addr in); struct in_addr inet_makeaddr(in_addr_t net, in_addr_t host); in_addr_t inet_lnaof(struct in_addr in); in_addr_t inet_netof(struct in_addr in);

三、setsockopt

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>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);

如果是服務器主動關閉連接，默認需要等待2MSL才能將端口資源釋放，這會導致此端口短時間內無法重用，于是我們通過下面這段函數將該socket設置為可重用：

/* 設置套接字為可重用 */ int option = 1; setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option, sizeof(option));

四、listen（TCP服務端）

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>int listen(int sockfd, int backlog);

功能：將套接字文件描述符，從主動文件描述符變為被動文件描述符，然后用于被動監聽客戶的連接。

參數：

sockfd：socket返回的套接字文件描述符。
backlog：指定的隊列容量，這個隊列用于記錄正在連接，但是還沒連接完成的客戶，一般將隊列容量指定為2、3即可。這個容量并沒有什么統一的設定值，一般來說只要小于30即可。

五、accept（TCP服務端）

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);#define _GNU_SOURCE #include <sys/socket.h>int accept4(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags);

功能：被動監聽客戶發起三次握手的連接請求，三次握手成功，即建立連接成功。accept被動監聽客戶連接的過程其實也是監聽客戶上線的過程。對于那些只連接了一般，還未連接完成的客戶，會被記錄到未完成隊列中，隊列的容量由listen函數的第二個參數backlog來指定。服務端調用accept函數監聽連接，客戶端調用connect來請求連接。一旦連接成功，服務器這邊的TCP協議會記錄客戶的IP和端口，如果是跨網通信的，記錄IP的就是客戶所在的路由器的公網IP。

參數：

sockfd：一個已經通過listen函數轉化的被動套接字文件描述符。
addr：用于記錄發起連接請求的那個客戶端的IP和端口。
addrlen：用一個變量記錄第二個參數的長度，addrlen對應這個變量的地址。

返回值：如果執行成功返回新的套接字文件描述符，否則返回-1并設置errno。

六、connect（TCP客戶端）

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：向服務器主動發起連接請求，即主動發起三次握手。

參數：

sockfd：socket函數所返回的套接字文件描述符。
addr：用于設置你所要連接的服務器的IP和端口。如果只是純粹的局域網內部通信的話，IP就是局域網IP，但如果是跨網通信的話，IP必須是服務器所在的路由器的公網IP。為了方便操作，在應用層我們還是使用struct sockaddr_in來設置，然后傳遞給connect時在強制轉換為struct sockaddr。
addrlen：第二個參數所指定的結構體變量的大小。

七、send&recv（TCP）

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

功能：向對方發送數據或從對方接收數據。

參數：

sockfd：用于通信的通信描述符。通信描述符在客戶端對應socket函數生成的套接字描述符，在服務端則是accept返回的套接字描述符。
buf：應用緩存，存放要發送的或待接收的數據，一般情況下為一個結構體。
flags：一般置為0，表示阻塞發送或阻塞接收，如果想要非阻塞讀取或發送則置為MSG_DONTWAIT。

八、sendto&recvfrom（UDP）

功能：發送或接收數據，最后兩個參數均為NULL時功能與send和recv相同。

參數：

sockfd：socket返回的套接字。對于UDP來說，套接字描述符直接用于通信。
buf：存放數據的應用緩存。
len：應用緩存的大小。
flags：一般寫0，表示阻塞發送數據。
dest_addr&src_addr：IP地址以及端口等套接字信息。由于UDP不面向連接，無法自動記錄對方的套接字信息，所以每次數據的發送都需要指定套接字信息。
addrlen：套接字信息結構體的大小。

返回值：成功返回發送或接收到的字節數，失敗返回-1并設置errno。

九、shutdown

#include <sys/socket.h>int shutdown(int sockfd, int how);

功能：可以按照要求關閉連接，而且不管有多少個描述符指向同一個連接，shutdown可以一次性將其全部關閉。

參數：

sockfd：服務端使用accept函數返回的描述符。
how：如何斷開連接。SHUT_RD只斷開讀連接，SHUT_WR只斷開寫連接，SHUT_RDWR將讀、寫連接全部斷開。

shutdown與close的區別：

close只能將讀寫同時關閉，而shutdown可以選擇性關閉。

close只能關閉單個描述符，二shutdown在關閉時會將如選定連接有關的全部描述符關閉。

十、epoll_create

#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size); int epoll_create1(int flags);

功能：epoll_create()函數用于創建一個epoll實例，它實際上是由一個紅黑樹來實現的。

參數：

size：用于告訴內核這個epoll需要關注的描述符的大致數目而不是最大個數。實際上Linux在2.6.8版本以后會忽略這個參數，但這個參數必須大于零。當容量不足時epoll會自動擴容。

返回值：返回創建的epoll紅黑樹的文件描述符。

十一、epoll_ctl

#include <sys/epoll.h>int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;uint32_t u32;uint64_t u64; } epoll_data_t;struct epoll_event {uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */ };

功能：用于操作創建的epoll實例，主要包括增加、修改和刪除三種操作。

參數：

epfd：epoll的文件描述符。
op：對epoll執行的操作，主要包括：
①EPOLL_CTL_ADD，向epoll中注冊新的文件描述符。
②EPOLL_CTL_MOD，修改已注冊文件描述符的監聽事件。
③EPOLL_CTL_DEL，從epoll中刪除文件描述符。
fd：操作關聯的文件描述符。
event：告訴內核要監聽什么事件，實際上epoll的紅黑樹每個結點上都對應一個epoll_event類型的結構體。結構體中的成員events主要包括以下宏：
①EPOLLIN：表示對應的文件描述符可以讀。
②EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫。
③EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急數據或者帶外數據到來。
④EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤。
⑤EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷。
⑥EPOLLET：將epoll設置為邊緣觸發模式。
⑦EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件后，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要將它再次加入到epoll隊列里。

返回值：執行成功返回0，否則返回-1并設置errno的值。

十二、epoll_wait

#include <sys/epoll.h>int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); int epoll_pwait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout, const sigset_t *sigmask);

功能

參數

epfd：epoll的文件描述符。
events：一個結構體指針，當監聽的文件描述符發生改變時，內核會把發生了改變的epoll_event拷貝到這個參數里。
maxevents：數組的容量。
timeout：超時信息：
①為-1時表示永久阻塞。
②為0時表示立即返回。
③取>0時表示監聽到目標數目的文件描述符時再返回。

返回值：執行成功返回發出請求的文件描述符的個數，執行失敗返回-1并設置error。

十三、循環服務器模型（TCP）

服務端 server.c

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <errno.h>#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define PORT 2015 #define IP "192.168.179.129" #define MAX_SIZE 1024int main() {int sockfd;//服務器套接字描述符int client_sockfd;//通信套接字描述符char buffer[MAX_SIZE];//數據緩沖區struct sockaddr_in server_addr;//服務器套接字信息struct sockaddr_in client_addr;//客戶端套接字信息/* 獲取服務器套接字文件描述符 */sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd == -1) {perror("socket error");exit(1);}/* 初始化服務器套接字信息 */memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));server_addr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4server_addr.sin_port = htons(PORT);//對端口進行字節序轉化server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//對IP地址進行格式轉化/* 因為最后需要服務器主動關閉連接，所以要設置服務器套接字為可重用 */int option = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option, sizeof(option));/* 綁定服務器套接字信息 */if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {perror("bind error");exit(1);}/* 將服務器套接字轉化為被動監聽 */if (listen(sockfd, 3) < 0) {perror("listen error!");exit(1);}/* 與客戶端進行串行連接 */while(1) {printf("[server] Server is waiting······\n");/* 等待客戶端的連接 */int len = sizeof(struct sockaddr_in);//通信套接字結構體長度memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));if ((client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &len)) < 0) {perror("accept error");exit(1);}printf("[server] Client's port is %d, ip is %s\n", ntohs(client_addr.sin_port), inet_ntoa(client_addr.sin_addr));/* 接收客戶端的消息 */memset(buffer, 0, MAX_SIZE);recv(client_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);printf("[server] Client's message:%s\n", buffer);/* 向客戶端發送消息 */send(client_sockfd, "I have received your message.", 30, 0);/* 關閉連接 */shutdown(client_sockfd, SHUT_RDWR);}return 0; }

客戶端 client.c

運行結果

十四、循環服務器模型（UDP）

服務端 server.c

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <errno.h>#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define CLIENT_PORT 2015 #define SERVER_PORT 2025 #define IP "192.168.179.129" #define MAX_SIZE 1024int main() {int sockfd;//服務端套接字描述符char buffer[MAX_SIZE];//收發數據緩沖區struct sockaddr_in client_addr;//客戶端套接字信息struct sockaddr_in server_addr;//服務端套接字信息/* 獲取服務端套接字描述符 */if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {perror("socket error");exit(1);}/* 初始化服務端套接字信息 */memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = (SERVER_PORT);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);/* 綁定接收端信息 */if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {perror("bind error");exit(1);}/* 接收消息 */while (1) {/* 初始化客戶端套接字信息 */memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));client_addr.sin_family = AF_INET;client_addr.sin_port = (CLIENT_PORT);client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);/* 收發消息 */printf("[server] Srever is waiting······\n");int len = sizeof(struct sockaddr_in);memset(buffer, 0, sizeof(buffer));recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *) &client_addr, &len);printf("[server] Client's port is %d, ip is %s.\n", ntohs(client_addr.sin_port), inet_ntoa(client_addr.sin_addr));printf("[server] Client's message:%s\n", buffer);memset(buffer, 0, sizeof(buffer));sendto(sockfd, "I have received your message.", 30, 0, (struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(struct sockaddr_in));}return 0; }

客戶端 client.c

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <errno.h>#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define CLIENT_PORT 2015 #define SERVER_PORT 2025 #define IP "192.168.179.129" #define MAX_SIZE 1024int main() {int sockfd;//客戶端套接字描述符char buffer[MAX_SIZE];//收發數據緩沖區struct sockaddr_in client_addr;//客戶端套接字信息struct sockaddr_in server_addr;//服務端套接字信息/* 獲取客戶端套接字描述符 */if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {perror("socket error");exit(1);}/* 初始化服務端套接字信息 */memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));client_addr.sin_family = AF_INET;client_addr.sin_port = (CLIENT_PORT);client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);/* 綁定接收端信息 */if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {perror("bind error");exit(1);}/* 接收消息 */while (1) {/* 初始化服務端套接字信息 */memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = (SERVER_PORT);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);/* 收發消息 */printf("[client] Please input your message>>>");memset(buffer, 0, sizeof(buffer));scanf("%[^\n]%*c", buffer);sendto(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));int len = sizeof(struct sockaddr_in);recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *) &server_addr, &len);printf("[client] Server's port is %d, ip is %s.\n", ntohs(server_addr.sin_port), inet_ntoa(server_addr.sin_addr));printf("[client] Server's message:%s\n", buffer);memset(buffer, 0, sizeof(buffer));}return 0; }

運行結果

十五、并發服務器模型（TCP多線程）

服務端 server.c

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <errno.h>#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define PORT 2015 #define IP "192.168.179.129" #define MAX_SIZE 1024void *recv_thread_fun(void *arg);int main() {int server_sockfd;//服務器套接字描述符int client_sockfd;//通信套接字描述符pthread_t recv_thread_id;struct sockaddr_in server_addr;//服務器套接字信息struct sockaddr_in client_addr;//客戶端套接字信息/* 獲取服務器套接字文件描述符 */server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_sockfd == -1) {perror("socket error");exit(1);}/* 初始化服務器套接字信息 */memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));server_addr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4server_addr.sin_port = htons(PORT);//對端口進行字節序轉化server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//對IP地址進行格式轉化/* 因為最后需要服務器主動關閉連接，所以要設置服務器套接字為可重用 */int option = 1;setsockopt(server_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option, sizeof(option));/* 綁定服務器套接字信息 */if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {perror("bind error");exit(1);}/* 將服務器套接字轉化為被動監聽 */if (listen(server_sockfd, 3) < 0) {perror("listen error!");exit(1);}/* 與客戶端進行串行連接 */while(1) {printf("[server] Server is waiting······\n");/* 等待客戶端的連接 */int len = sizeof(struct sockaddr_in);//通信套接字結構體長度memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));if ((client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &len)) < 0) {perror("accept error");exit(1);}printf("[server] Client %d port is %d, ip is %s.\n", client_sockfd,ntohs(client_addr.sin_port), inet_ntoa(client_addr.sin_addr));/* 創建子線程用于收發消息 */if (pthread_create(&recv_thread_id, NULL, recv_thread_fun, (void *) &client_sockfd) != 0) {perror("pthread create error");exit(1);}}return 0; }/* 子線程運行函數 */ void *recv_thread_fun(void *arg) {int client_sockfd = *((int *) arg);char buffer[MAX_SIZE];//數據緩沖區pthread_detach(pthread_self());//將本線程轉換為分離態，由系統自動回收資源while (1) {/* 接收客戶端的消息 */memset(buffer, 0, MAX_SIZE);if (recv(client_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0) == 0) {/* 監測客戶端的退出 */printf("[server] Client %d has exited.\n", client_sockfd);pthread_exit(NULL);}printf("[server] Client %d message:%s\n", client_sockfd, buffer);/* 向客戶端發送消息 */send(client_sockfd, "I have received your message.", 30, 0);} }

客戶端 client.c

運行結果

十六、并發服務器模型（TCP多進程）

服務端 server.c

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <errno.h>#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define SERVER_PORT 1521 #define IP "0.0.0.0" #define MAX_SIZE 1024int main() {int server_sockfd;//服務器套接字描述符int client_sockfd;//通信套接字描述符struct sockaddr_in server_addr;//服務器套接字信息struct sockaddr_in client_addr;//客戶端套接字信息/* 獲取服務器套接字文件描述符 */server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_sockfd == -1) {perror("socket error");exit(1);}/* 初始化服務器套接字信息 */memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));server_addr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);//對端口進行字節序轉化server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//對IP地址進行格式轉化/* 因為最后需要服務器主動關閉連接，所以要設置服務器套接字為可重用 */int option = 1;setsockopt(server_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option, sizeof(option));/* 綁定服務器套接字信息 */if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {perror("bind error");exit(1);}/* 將服務器套接字轉化為被動監聽 */if (listen(server_sockfd, 3) < 0) {perror("listen error!");exit(1);}/* 與客戶端進行串行連接 */while(1) {printf("[server] Server is waiting······\n");/* 等待客戶端的連接 */int len = sizeof(struct sockaddr_in);//通信套接字結構體長度memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));if ((client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &len)) < 0) {perror("accept error");exit(1);}printf("[server] Client %d port is %d, ip is %s.\n", client_sockfd,ntohs(client_addr.sin_port), inet_ntoa(client_addr.sin_addr));int pid = fork();//創建子進程用于收發消息if (pid > 0) {close(client_sockfd);} else if (pid == 0) {char buffer[1024];while (1) {/* 接收客戶端的消息 */memset(buffer, 0, MAX_SIZE);if (recv(client_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0) == 0) {/* 監測客戶端的退出 */printf("[server] Client %d has exited.\n", client_sockfd);exit(0);}printf("[server] Client %d message:%s\n", client_sockfd, buffer);/* 向客戶端發送消息 */send(client_sockfd, "I have received your message.", 30, 0);}} else {perror("fork error");exit(1);}}return 0; }

客戶端 client.c

運行結果

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LinuxC网络编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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