http://fanqiang.chinaunix.net/a4/b7/20010810/1200001101.html
Linux是一個可靠性非常高的操作系統(tǒng)，但是所有用過Linux的朋友都會感
覺到，
Linux和Windows這樣的"傻瓜"操作系統(tǒng)（這里絲毫沒有貶低Windows的意思，相反這應(yīng)該是Windows的優(yōu)點）相比，后者無疑在易操作
性上更勝一籌。但是為什么又有那么多的愛好者鐘情于Linux呢，當(dāng)然自由是最吸引人的一點，另外Linux強(qiáng)大的功能也是一個非常重要的原因，尤其是
Linux強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能更是引人注目。放眼今天的WAP業(yè)務(wù)、銀行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和曾經(jīng)紅透半邊天的電子商務(wù)，都越來越倚重基于Linux的解決方案。因此
Linux網(wǎng)絡(luò)編程是非常重要的，而且當(dāng)我們一接觸到Linux網(wǎng)絡(luò)編程，我們就會發(fā)現(xiàn)這是一件非常有意思的事情，因為以前一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)通信概念似是而非
的地方，在這一段段代碼面前馬上就豁然開朗了。在剛開始學(xué)習(xí)編程的時候總是讓人感覺有點理不清頭緒，不過只要多讀幾段代碼，很快我們就能體會到其中的樂趣
了。下面我就從一段Proxy源代碼開始，談?wù)勅绾芜M(jìn)行Linux網(wǎng)絡(luò)編程。
首先聲明，這段源代碼不是我編寫的，讓我們感謝這位名叫Carl
Harris的大蝦，是他編寫了這段代碼并將其散播到網(wǎng)上供大家學(xué)習(xí)討論。這段代碼雖然只是描述了最簡單的proxy操作，但它的確是經(jīng)典，它不僅清晰地
描述了客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)的概念，而且?guī)缀醢薒inux網(wǎng)絡(luò)編程的方方面面，非常適合Linux網(wǎng)絡(luò)編程的初學(xué)者學(xué)習(xí)。
這段Proxy程序的用法是這樣的，我們可以使用這個proxy登錄其它主機(jī)的服務(wù)端口。假如編譯后生成了名為Proxy的可執(zhí)行文件，那么命令及其參數(shù)的描述為：
./Proxy <proxy_port> <remote_host> <service_port>
其中參數(shù)proxy_port是指由我們指定的代理服務(wù)器端口。參數(shù)remote_host是指我們希望連接的遠(yuǎn)程主機(jī)的主機(jī)名，IP地址也同樣有
效。這個主機(jī)名在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)該是唯一的，如果您不確定的話，可以在遠(yuǎn)程主機(jī)上使用uname
-n命令查看一下。參數(shù)service_port是遠(yuǎn)程主機(jī)可提供的服務(wù)名，也可直接鍵入服務(wù)對應(yīng)的端口號。這個命令的相應(yīng)操作是將代理服務(wù)器的
proxy_port端口綁定到remote_host的service_port端口。然后我們就可以通過代理服務(wù)器的proxy_port端口訪問
remote_host了。例如一臺計算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)名是legends，IP地址為10.10.8.221，如果在我的計算機(jī)上執(zhí)行：
[root@lee /root]#./proxy 8000 legends telnet
那么我們就可以通過下面這條命令訪問legends的telnet端口。
-----------------------------------------------------------------
[root@lee /root]#telnet legends 8000
Trying 10.10.8.221...
Connected to legends(10.10.8.221).
Escape character is '^]'
Red Hat Linux release 6.2(Zoot)
Kernel 2.2.14-5.0 on an i686
Login:
-----------------------------------------------------------------
上面的綁定操作也可以使用下面的命令：
[root@lee /root]#./proxy 8000 10.10.8.221 23
23是telnet服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)端口號，其它服務(wù)的對應(yīng)端口號我們可以在/etc/services中查看。
下面我就從這段代碼出發(fā)談?wù)勎覍inux網(wǎng)絡(luò)編程的一些粗淺的認(rèn)識，不對的地方還請各位大蝦多多批評指正。
◆main()函數(shù)
-----------------------------------------------------------------
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
#define TCP_PROTO "tcp"
int proxy_port; /* port to listen for proxy connections on */
struct sockaddr_in hostaddr; /* host addr assembled from gethostbyname() */
extern int errno; /* defined by libc.a */
extern char *sys_myerrlist[];
void parse_args (int argc, char **argv);
void daemonize (int servfd);
void do_proxy (int usersockfd);
void reap_status (void);
void errorout (char *msg);
/*This is my modification.
I'll tell you why we must do this later*/
typedef void Signal(int);
/****************************************************************
function: main
description: Main level driver. After daemonizing the process, a
socket is opened to listen for connections on the proxy port,
connections are accepted and children are spawned to handle
each new connection.
arguments: argc,argv you know what those are.
return value: none.
calls: parse_args, do_proxy.
globals: reads proxy_port.
****************************************************************/
main (argc,argv)
int argc;
char **argv;
{
int clilen;
int childpid;
int sockfd, newsockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
parse_args(argc,argv);
/* prepare an address struct to listen for connections */
bzero((char *) &servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = proxy_port;
/* get a socket... */
if ((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0) {
fputs("failed to create server socket\r\n",stderr);
exit(1);
}
/* ...and bind our address and port to it */
if (bind(sockfd,(struct sockaddr_in *) &servaddr,sizeof(servaddr)) < 0) {
fputs("faild to bind server socket to specified port\r\n",stderr);
exit(1);
}
/* get ready to accept with at most 5 clients waiting to connect */
listen(sockfd,5);
/* turn ourselves into a daemon */
daemonize(sockfd);
/* fall into a loop to accept new connections and spawn children */
while (1) {
/* accept the next connection */
clilen = sizeof(cliaddr);
newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr_in *) &cliaddr, &clilen);
if (newsockfd < 0 && errno == EINTR)
continue;
/* a signal might interrupt our accept() call */
else if (newsockfd < 0)
/* something quite amiss -- kill the server */
errorout("failed to accept connection");
/* fork a child to handle this connection */
if ((childpid = fork()) == 0) {
close(sockfd);
do_proxy(newsockfd);
exit(0);
}
/* if fork() failed, the connection is silently dropped -- oops! */
lose(newsockfd);
}
}
-----------------------------------------------------------------
上面就是Proxy源代碼的主程序部分，也許您在網(wǎng)上也曾經(jīng)看到過這段代碼，不過細(xì)心的您會發(fā)現(xiàn)在上面這段代碼中我修改了兩個地方，都是在預(yù)編譯部分。一個地方是在定義外部字符型指針數(shù)組時，我將原代碼中的
extern char *sys_errlist[];
修改為
extern char *sys_myerrlist[];原因是在我的Linux環(huán)境下頭文件"stdio.h"已經(jīng)對sys_errlist[]進(jìn)行了如下定義：
extern __const char *__const sys_errlist[];
也許Carl Harris在94年編寫這段代碼時系統(tǒng)還沒有定義sys_errlist[]，不過現(xiàn)在我們不修改一下的話，編譯時系統(tǒng)就會告訴我們sys_errlist發(fā)生了定義沖突。
另外我添加了一個函數(shù)類型定義：
typedef void Sigfunc(int);
具體原因我將在后面向大家解釋。
套接字和套接字地址結(jié)構(gòu)定義
這段主程序是一段典型的服務(wù)器程序。網(wǎng)絡(luò)通訊最重要的就是套接字的使用，在程序的一開始就對套接字描述符sockfd和newsockfd進(jìn)行了定義。
接下來定義客戶機(jī)/服務(wù)器的套接字地址結(jié)構(gòu)cliaddr和servaddr，存儲客戶機(jī)/服務(wù)器的有關(guān)通信信息。然后調(diào)用parse_args
(argc,argv)函數(shù)處理命令參數(shù)。關(guān)于這個parse_args()函數(shù)我們待會兒再做介紹。
創(chuàng)建通信套接字
下面就是建立一個服務(wù)器的詳細(xì)過程。服務(wù)器程序的第一個操作是創(chuàng)建一個套接字。這是通過調(diào)用函數(shù)socket()來實現(xiàn)的。socket()函數(shù)的具體描述為：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
-----------------------------------------------------------------
參數(shù)domain指定套接字使用的協(xié)議族，AF_INET表示使用TCP/IP協(xié)議族，AF_UNIX表示使用Unix協(xié)議族，AF_ISO表示套接
字使用ISO協(xié)議族。type指定套接字類型，一般的面向連接通信類型（如TCP）設(shè)置為SOCK_STREAM，當(dāng)套接字為數(shù)據(jù)報類型時，type應(yīng)設(shè)
置為SOCK_DGRAM，如果是可以直接訪問IP協(xié)議的原始套接字則type應(yīng)設(shè)置為SOCK_RAW。參數(shù)protocol一般設(shè)置為"0"，表示使
用默認(rèn)協(xié)議。當(dāng)socket()函數(shù)成功執(zhí)行時，返回一個標(biāo)志這個套接字的描述符，如果出錯則返回"-1"，并設(shè)置errno為相應(yīng)的錯誤類型。
設(shè)置服務(wù)器套接字地址結(jié)構(gòu)
在通常情況下，首先要將描述服務(wù)器信息的套接字地址結(jié)構(gòu)清零，然后在地址結(jié)構(gòu)中填入相應(yīng)的內(nèi)容，準(zhǔn)備接受客戶機(jī)送來的連接建立請求。這個清零操作可以用
多種字節(jié)處理函數(shù)來實現(xiàn)，例如bzero()、bcopy()、memset()、memcpy()等，以字母"b"開始的兩個函數(shù)是和BSD系統(tǒng)兼容
的，而后面兩個是ANSI C提供的函數(shù)。這段代碼中使用的bzero()其描述為：
void bzero(void *s, int n);
函數(shù)的具體操作是將參數(shù)s指定的內(nèi)存的前n個字節(jié)清零。memset()同樣也很常用，其描述為：
void *memset(void *s, int c, size_t n);
具體操作是將參數(shù)s指定的內(nèi)存區(qū)域的前n個字節(jié)設(shè)置為參數(shù)c的內(nèi)容。
下一步就是在已經(jīng)清零的服務(wù)器套接字地址結(jié)構(gòu)中填入相應(yīng)的內(nèi)容。Linux系統(tǒng)的套接字是一個通用的網(wǎng)絡(luò)編程接口，它應(yīng)該支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，每一
種協(xié)議都使用專門為自己定義的套接字地址結(jié)構(gòu)（例如TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的套接字地址結(jié)構(gòu)就是struct
sockaddr_in）。不過為了保持套接字函數(shù)調(diào)用參數(shù)的一致性，Linux系統(tǒng)還定義了一種通用的套接字地址結(jié)構(gòu)：
-----------------------------------------------------------------
<linux/socket.h>
struct sockaddr
{
unsigned short sa_family; /* address type */
char sa_data[14]; /* protocol address */
}
-----------------------------------------------------------------
其中sa_family意指套接字使用的協(xié)議族地址類型，對于我們的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，其值應(yīng)該是AF_INET，sa_data中存儲具體的協(xié)議地
址，不同的協(xié)議族有不同的地址格式。這個通用的套接字地址結(jié)構(gòu)一般不用做定義具體的實例，但是常用做套接字地址結(jié)構(gòu)的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，如我們經(jīng)常可以看到這
樣的用法：
bind(sockfd,(struct sockaddr *) &servaddr,sizeof(servaddr))
用于TCP/IP協(xié)議族的套接字地址結(jié)構(gòu)是sockaddr_in，其定義為：
-----------------------------------------------------------------
<linux/in.h>
struct in_addr
{
__u32 s_addr;
};
struct sochaddr_in
{
short int sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
/*This part has not been taken into use yet*/
nsigned char_ _ pad[_ _ SOCK_SIZE__- sizeof(short int) -sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};
#define sin_zero_ - pad
-----------------------------------------------------------------
其中sin_zero成員并未使用，它是為了和通用套接字地址struct sockaddr兼容而特意引入的。在編程時，一般都通過bzero()或是memset（）將其置零。其他成員的設(shè)置一般是這樣的：
servaddr.sin_family = AF_INET;
表示套接字使用TCP/IP協(xié)議族。
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
設(shè)置服務(wù)器套接字的IP地址為特殊值INADDR_ANY，這表示服務(wù)器愿意接收來自任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口的客戶機(jī)連接。htonl()函數(shù)的意思是將主機(jī)順序的字節(jié)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)順序的字節(jié)。
servaddr.sin_port = htons(PORT);
設(shè)置通信端口號，PORT應(yīng)該是我們已經(jīng)定義好的。在本例中servaddr.sin_port = proxy_port;這是表示端口號是函數(shù)的返回值proxy_port。
另外需要說明的一點是，在本例中，我們并沒有看到在預(yù)編譯部分中包含有<linux/socket.h>和<
linux/in.h>這兩個頭文件，那是因為這兩個頭文件已經(jīng)分別被包含在<sys/types.h>和<
sys/types.h>中了，而且后面這兩個頭文件是與平臺無關(guān)的，所以在網(wǎng)絡(luò)通信中一般都使用這兩個頭文件。
服務(wù)器公開地址
如果服務(wù)器要接受客戶機(jī)的連接請求，那么它必須先要在整個網(wǎng)絡(luò)上公開自己的地址。在設(shè)置了服務(wù)器的套接字地址結(jié)構(gòu)之后，可以通過調(diào)用函數(shù)bind()綁定服務(wù)器的地址和套接字來完成公開地址的操作。函數(shù)bind()的詳細(xì)描述為：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, int addrlen);
-----------------------------------------------------------------
參數(shù)sockfd是我們通過調(diào)用socket()創(chuàng)建的套接字描述符。參數(shù)addr是本機(jī)地址，參數(shù)addrlen是套接字地址結(jié)構(gòu)的長度。函數(shù)執(zhí)行成功時返回"0",否則返回"-1"，并設(shè)置errno變量為EADDRINUAER。
如果是服務(wù)器調(diào)用bind()函數(shù)，如果設(shè)置了套接字的IP地址為某個本地IP地址，那么這表示服務(wù)器只接受來自于這個IP地址的特定主機(jī)發(fā)出的連接 請求。不過一般情況下都是將IP地址設(shè)置為INADDR_ANY，以便接受所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口送來的連接請求。
客戶機(jī)一般是不會調(diào)用bind()函數(shù)的，因為客戶機(jī)在連接時不用指定自己的套接字地址端口號，系統(tǒng)會自動為客戶機(jī)選擇一個未用端口號，并且用本地
IP地址自動填充客戶機(jī)套接字地址結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)項。但是在某些特定的情況下客戶機(jī)需要使用特定的端口號，例如Linux中的rlogin命令就要求使用保
留端口號，而系統(tǒng)是不能為客戶機(jī)自動分配保留端口號的，這就需要調(diào)用bind()來綁定一個保留端口號了。不過在一些特殊的環(huán)境下，這樣綁定特定端口號也
會帶來一些負(fù)面影響，如在HTTP服務(wù)器進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)后，客戶機(jī)如果要求再次與服務(wù)器建立連接，則服務(wù)器會拒絕這一連接請求。如果客戶機(jī)最
后進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，則馬上再次執(zhí)行bind（）函數(shù)時會返回出錯信息"-1"，原因是系統(tǒng)會認(rèn)為同時有兩次連接綁定同一個端口。
轉(zhuǎn)換Listening套接字
接下來，服務(wù)器需要將我們剛才與IP地址和端口號完成綁定的套接字轉(zhuǎn)換成傾聽listening套接字。只有服務(wù)器程序才需要執(zhí)行這一步操作。我們通過調(diào)用函數(shù)listen()實現(xiàn)這一操作。listen()的詳細(xì)描述為：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
-----------------------------------------------------------------
參數(shù)sockfd指定我們要求轉(zhuǎn)換的套接字描述符，參數(shù)backlog設(shè)置請求隊列的最大長度。函數(shù)listen()主要完成以下操作。
首先是將套接字轉(zhuǎn)換成傾聽套接字。因為函數(shù)socket()創(chuàng)建的套接字都是主動套接字，所以客戶機(jī)可以通過調(diào)用函數(shù)connect()來使用這樣的
套接字主動和服務(wù)器建立連接。而服務(wù)器的情況恰恰相反，服務(wù)器需要通過套接字接收客戶機(jī)的連接請求，這就需要一個"被動"套接字。listen()就可將
一個尚未連接的主動套接字轉(zhuǎn)換成為這樣的"被動"套接字，也就是傾聽套接字。在執(zhí)行了listen()函數(shù)之后，服務(wù)器的TCP就由CLOSED變成
LISTEN狀態(tài)了。
另外listen()可以設(shè)置連接請求隊列的最大長度。雖然參數(shù)backlog的用法非常簡單，只是一個簡單的整數(shù)。但搞清楚請求隊列的含義對理解TCP
協(xié)議的通信過程建立非常重要。TCP協(xié)議為每個傾聽套接字實際上維護(hù)兩個隊列，一個是未完成連接隊列，這個隊列中的成員都是未完成3次握手的連接；另一個
是完成連接隊列，這個隊列中的成員都是雖然已經(jīng)完成了3次握手，但是還未被服務(wù)器調(diào)用accept()接收的連接。參數(shù)backlog實際上指定的是這個
傾聽套接字完成連接隊列的最大長度。在本例中我們是這樣用的：listen(sockfd,5);表示完成連接隊列的最大長度為5。
接收連接
接下來我們在主程序中看到通過名為daemonize()的自定義函數(shù)創(chuàng)建一個守護(hù)進(jìn)程，關(guān)于這個daemonize()以及守護(hù)進(jìn)程的相關(guān)概念，我
們等一會兒再做詳細(xì)介紹。然后服務(wù)器程序進(jìn)入一個無條件循環(huán)，用于監(jiān)聽接收客戶機(jī)的連接請求。在此過程中如果有客戶機(jī)調(diào)用connect()請求連接，那
么函數(shù)accept()可以從傾聽套接字的完成連接隊列中接受一個連接請求。如果完成連接隊列為空，這個進(jìn)程就睡眠。accept()的詳細(xì)描述為：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
-----------------------------------------------------------------
參數(shù)sockfd是我們轉(zhuǎn)換成功的傾聽套接字描述符；參數(shù)addr是一個指向套接字地址結(jié)構(gòu)的指針，參數(shù)addrlen為一個整型指針。當(dāng)函數(shù)成功執(zhí)
行時，返回3個結(jié)果，函數(shù)返回一個新的套接字描述符，服務(wù)器可以通過這個新的套接字描述符和客戶機(jī)進(jìn)行通信。參數(shù)addr所指向的套接字地址結(jié)構(gòu)中將存放
客戶機(jī)的相關(guān)信息，addrlen指針將描述前述套接字地址結(jié)構(gòu)的長度。在通常情況下服務(wù)器對這些信息不是很感興趣，因此我們經(jīng)常可以看到一些源代碼中將
accept()函數(shù)的后兩個參數(shù)都設(shè)置為NULL。不過在這段proxy源代碼中需要用到有關(guān)的客戶機(jī)信息，因此我們看到通過執(zhí)行
newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr_in *) &cliaddr, &clilen);
將客戶機(jī)的詳細(xì)信息存放在地址結(jié)構(gòu)cliaddr中。而proxy就通過套接字newsockfd與客戶機(jī)進(jìn)行通信。值得注意的是這個返回的套接字描
述符與我們轉(zhuǎn)換的傾聽套接字是不同的。在一段服務(wù)器程序中，可以始終只用一個傾聽套接字來接收多個客戶機(jī)的連接請求；而如果我們要和客戶機(jī)建立一個實際的
連接的話，對每一個請求我們都需要調(diào)用accept()返回一個新的套接字。當(dāng)服務(wù)器處理完畢客戶機(jī)的請求后，一定要將相應(yīng)的套接字關(guān)閉；如果整個服務(wù)器
程序?qū)⒁Y(jié)束，那么一定要將傾聽套接字關(guān)閉。
如果accept()函數(shù)執(zhí)行失敗，則返回"-1"，如果accept()函數(shù)阻塞等待客戶機(jī)調(diào)用connect()建立連接，進(jìn)程在此時恰好捕捉到
信號，那么函數(shù)在返回"-1"的同時將變量errno的值設(shè)置為EINTR。這和accept()函數(shù)執(zhí)行失敗是有區(qū)別的。因此我們在代碼中可以看到這樣
的語句：
-----------------------------------------------------------------
if (newsockfd < 0 && errno == EINTR)
continue;
/* a signal might interrupt our accept() call */
else if (newsockfd < 0)
/* something quite amiss -- kill the server */
errorout("failed to accept connection");
-----------------------------------------------------------------
可以看出程序在處理這兩種情況時操作是完全不同的，同樣是accept()返回"-1"，如果有errno == EINTR，那么系統(tǒng)將再次調(diào)用accept()接受連接請求，否則服務(wù)器進(jìn)程將直接結(jié)束。