手把手写C++服务器(22)：Linux socket网络编程进阶第一弹

Posted 2021-09-04 沉迷单车的追风少年

前言：前面一篇文章手把手写C++服务器(21)：Linux socket网络编程入门基础，讲解了如何建立socket连接、如何转换/使用socket地址、如何绑定/监听/发起/接受/断开/终止/关闭连接。socket博大精深，进阶会多写几弹，这一讲主要熟悉如何TCP、UDP读写以及通用数据读写，如何操作网络地址，socket选项设置等，进一步熟悉linux网络编程。

目录

TCP数据读写：recv()、send()

UDP数据读写：recvfrom()、sendto()

通用数据读写：recvmsg()、sendmsg()

地址信息函数：getsockname()、getpeername()

socket选项

常用选项选讲：

获取服务完整信息：getserverbyname()、getserverbyport()

参考

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TCP数据读写：recv()、send()

TCP是流协议，recv()和send()用于读写缓冲区：

#include＜sys/types.h＞
#include＜sys/socket.h＞
ssize_t recv(int sockfd,void*buf,size_t len,int flags);
ssize_t send(int sockfd,const void*buf,size_t len,int flags);

recv读取sockfd上的数据， buf和len参数分别指定读缓冲区的位置和大小， flags参数通常设置为0即可。

recv成功时返回实际读取到的数据的长度， 它可能小于我们期望的长度len。 因此我们可能要多次调用recv， 才能读取到完整的数据。

send往sockfd上写入数据， buf和len参数分别指定写缓冲区的位置和大小。 send成功时返回实际写入的数据的长度， 失败则返回-1并设置errno。

flags参数：一般设0，其他数值定义如下 MSG_OOB 传送的数据以out-of-band 送出。 MSG_DONTROUTE 取消路由表查询 MSG_DONTWAIT 设置为不可阻断运作 MSG_NOSIGNAL 此动作不愿被SIGPIPE 信号中断。

UDP数据读写：recvfrom()、sendto()

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

recvfrom：用于读取sockfd上面的数据；

sendto：往sockfd上写入数据；

buf：缓冲区的位置

len：缓冲区大小

相比于tcp的两个API recv()和send()，参数多了地址src_addr和地址的长度addrlen，这是因为UDP没有连接的概念，每次读取数据都需要获取发送端的socket地址。

通用数据读写：recvmsg()、sendmsg()

通用的意思是TCP和UDP都能使用

#include <sys/socket.h>
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);
ssize_r sendmsg(int sockfd, struct msghdr* msg, int flags);

msghdr结构的定义：

#include<sys/socket.h>
struct msghdr  { 
    void  * msg_name ;   / *  消息的协议地址  * / 协议地址和套接口信息，在非连接的UDP中，发送者要指定对方地址端口，接受方用于的到数据来源，如果不需要的话可以设置为NULL（在TCP或者连接的UDP中，一般设置为NULL）
    socklen_t msg_namelen ;   / *  地址的长度  * / 
    struct iovec  * msg_iov ;   / *  多io缓冲区的地址  * / 
     int  msg_iovlen ;   / *  缓冲区的个数  * / 
    void  * msg_control ;   / *  辅助数据的地址  * / 
    socklen_t msg_controllen ;   / *  辅助数据的长度  * / 
     int  msg_flags ;   / *  接收消息的标识  * / 
} ;

地址信息函数：getsockname()、getpeername()

#include <sys/socket.h>
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

getsockname()：获取sockfd对应的本端socket地址，并将其存储与address参数指定内存中。如果实际socket地址长度大于address指定内存中的大小，那么该socket地址将被截断 。

getpeername()：获取sockfd对应的远端socket地址，用法和getsockname类似。

socket选项

读取和设置文件描述符的属性和方法。

#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd, int level, int option_name, void* option_value, socklen_t* restrict option_len);
int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void* option_value, socklen_t* restrict option_len);

level：指定属性，如IPv4、IPv6、TCP等

具体选项参数含义：https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/7908799/xns/getsockopt.html

#define SOL_IP 0

#define SOL_IPX 256

#define SOL_AX25 257

#define SOL_ATALK 258

#define SOL_NETROM 259

#define SOL_TCP 6

#define SOL_UDP 17

#define SOL_SOCKET 0xffff

常用选项选讲：

1、SO_REUSEADDR

当TCP连接处于TIME_WAIT状态的时候，SO_REUSEADDR来强制使用被处于TIME_WAIT状态的连接占用的socket地址。使该地址能立即被重用。

2、SO_RCVBUF

TCP接收缓冲区大小

3、SO_SNDBUF

TCP发送缓冲区大小

4、SO_RCVLOWAT

TCP接收缓冲区低水位标记，被I/O复用系统调用用来判断socket是否可写。

5、SO_SNDLOWAT

TCP发送缓冲区低水位标记，被I/O复用系统调用用来判断socket是否可写。

6、SO_LINGER

控制close系统调用在关闭TCP连接时的行为

获取服务完整信息：getserverbyname()、getserverbyport()

#include <netdb.h>
struct servent* getserverbyname(const char* name, const char* proto);
struct servent* getserverbyport(int port, const char* proto);

getserverbyname：根据名称获取某个服务的完整信息。

getserverbyport：根据端口号获取某个服务的完整信息。

两个函数都是通过读取/etc/services文件来获取服务信息的。

参数name指定目标服务的名字；port指定端口号；proto指定服务类型，传递tcp表示获取流服务，传递udp表示获取数据报服务，传递NULL表示获取所有类型的服务。

返回servent结构体定义如下：

#include <netdb.h>
struct servent {
    char* s_name;    // 服务名称
    char** s_aliases;// 服务别名列表
    int s_port;      // 端口号
    char* s_proto;   // 服务类型
};

参考

• https://wizardforcel.gitbooks.io/linux-c-api-ref/content/282.html
• http://www.steves-internet-guide.com/tcpip-ports-sockets/
• 《linux高性能服务器编程》
• https://www.cnblogs.com/wanpengcoder/p/11749287.html
• https://blog.csdn.net/u010020404/article/details/78918937
• https://mp.weixin.qq.com/s/EyQ_RVJcDXgGkCBC-eEkQQ
• https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/7908799/xns/getsockopt.html