套接字编程简介

项目：UNIX网络编程学习

作者：曾金龙

供职：（深圳迅雷网络技术股份有限公司）

领域：迅雷下载库研发

日期：2014-07-25

1， TCP连接图

socket编程，过眼烟云的去看，无外乎就那么几个API，但是，如果想登堂入室，必须注重里面的每一个细节。

对于TCP编程而言，最重要的是记住这么一幅图。死记的基础上理解。

windows下有visio，ubuntu下只好用Dia，不是很习惯，而且不支持中文输入。

图1 TCP连接的数据包交换图

你特别需要注意的是:

1）哪个地方会被阻塞住，例如读取数据的时候，如果对方没有写数据，则会被阻塞，对方要是关闭了连接则会读取到0(EOF);

2)在每一个阶段如果顺序发生了变化，将会是怎么样。例如，我们总是习惯对方写，我们读，然后我们写，对方读，如果不读怎么样？或者一直写。write是很少会被阻塞的，除非写满了了内核的缓冲区，free空间比它的下限还要小。当然一旦free空间大于其下限，Epoll等待的时候是会被唤醒的,EPOLLOUT，表示可以写。

3）如果彼此在不同的时机宕机了，脱离网络了，拒绝访问了，关闭了等，又将会发

生什么？会有一些是TIME_OUT，一些是会受到RST，一些是受到FIN。这个就是TCP的细节。而细节决定成败。

在迅雷的网络模组中，已经把socket打包在公共库里面，配合异步框架使用。前辈们的代码还是很优秀的。特别是用select ,poll,epoll,配合signal，pipe,mutex等这些实现的异步框架，是迅雷架构里面最优美的代码之一。（迅雷用C实现C++的代码也值得细品）

2 地址结构

编程要用到的地址结构就是这个，再在用socket函数的时候强制类型转换成struct sockaddr

struct in_addr{in_addr_t    s_addr;};

struct sockaddr_in{
uint8_t    sin_len;
sa_family_t    sin_family;
in_port_t    sin_addr;
char    sin_zero[8];
};

struct sockaddr{
uint8_t    sa_len;
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};

其他的一般还用不到，用到再查阅。

对了，有些博客你会发现它们写的结构不太一样，就是没有开头的sin_len和sa_len，这个问题在书中有说过，为了兼容了ISO，后来在BSD4.3的时候加入的，其实，作为一个数据结构，在头部加一个本结构的长度，就实现了该结构可变长。

3 主机--网络字节顺序问题

不同的主机它存在大小端问题，所以在网络中交换的数据，必须处理大小端不一致的问题。

3.1）如何检测自己的机子是大端还是小端

书中定义了一个union联合体，其实，不用。

BOOL isBigEndian()
{
     short  v=0x0102;
     char* c=(char*)&v;
     if(c[0]==0x01&&c[1]==0x02)return TRUE;
     else return FALSE;
}

3.2）主机字节顺序和网络顺序之间的转换函数

host to network short(long)

network to host short(long)

就这四个函数。

#include <netinet/in.h>
uinit16_t htons(uint16_t host16bitvalue);
uinit32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);
uinit16_t ntohs(uint16_t nett16bitvalue);
uinit32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue);

3.2）内存操作函数

bxx和memxx的对比，特别是拷贝函数。我们用实验要验证bcopy和memcpy对重叠内存的处理。

#include <strings.h>
void bzero(void* dest,size_t nbytes);
void bcopy(const void* src ,void* dest,size_t nbytes);
int bcmp(const void *ptr1,const void *ptr2,size_t nbytes);

#include <string.h>
void* memset(void* dst, int c, size_t len);
void* memcpy(void* dst,const void* src,size_t nbytes);
int memcpy(const void* ptr1,const void* ptr2,size_t nbytes);

下面我们通过测试代码一看究竟，bcopy和memcpy的区别。

/*author:ZengJinlong ,xunlei*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int a=0x01020304;
    printf("int size:%d\n",sizeof(int));

    char* p_a=&a;
    printf("a adress:%p,p_a:%x\n",&a,p_a);
    if(p_a==&a)
    {
        printf("equal\n");
    }

   printf("%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3]);

    if(p_a[0]==0x01&&p_a[1]==0x02)printf("Big-Endian\n");
    else printf("Little-Endian\n");

    printf("case 1\n");
    char* p1=p_a+2;
    printf("before bcopy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("bcopy 0 to 2 ,2 size\n");
    bcopy(p_a,p1,2);
    printf("0x%x\n",(int)*p1);
    printf("after bcopy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);

    printf("case 2\n");
    a=0x01020304;
    p1=p_a+1;
    printf("before bcopy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("bcopy 0 to 1, 2 size\n");
    bcopy(p_a,p1,2);
    printf("0x%x\n",(int)*p1);
    printf("after bcopy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);

    printf("case 3\n");
    a=0x01020304;
    printf("before memcpy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("memcpy 0 to 2, 2 size\n");
    char* p2=p_a+2;
    memcpy(p2,p_a,2);
    printf("after memcpy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("0x%x\n",(int)*p2);

    printf("case 4\n");
    a=0x01020304;
    printf("before memcpy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("0x%x\n",a);
    p2=p_a+1;
    printf("memcpy 0 to 1 ,2 size\n");
    memcpy(p2,p_a,2);
    printf("after memcpy:%2x,%2x,%2x,%2x,%2x,%2x\n",p_a[0],p_a[1],p_a[2],p_a[3],p_a[4],p_a[5]);
    printf("0x%x\n",(int)*p2);

    return 0;
}

输出结果为如图所示，可以看出bcopy是可以正确处理内存重叠时候的拷贝，而memcpy则不能。想想，bcopy是如何实现的呢？memcpy很简单，我们就不再多说。bcopy的代码，我个人有个实现方案，很简单。

图 bcopy 和 memcpy的拷贝效果对比

bcopy实现原理，计算重叠了多少，然后先拷贝重叠部分，回过头再拷贝前面的部分。

实现代码：

void bcopy_new(const void* src,void* dest,size_t nbytes)
{
    if(dest>src && ((unsigned)src+ nbytes > (unsigned)dest))
    {
        size_t gap=(unsigned int)dest - (unsigned int)src;
        size_t overlap = nbytes-gap;
        int i=0;
        while(i<overlap)
        {
            *((char*)dest+gap+i)=*((char*)dest+i);
            ++i;
        }
        i=0;
        while(gap--)*((char*)dest++)= *((char*)src++);
        return;
    }
    while(nbytes--)*((char*)dest++)= *((char*)src++);
    return;
}

将bcopy_new替换掉上面bocpy的例子，可以得出和bcopy一样的结果。

3.3）IP地址转换函数

由点分格式转换成网络字节码以及反过来。记住两个即可。

#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int familyconst char* strptr,void* addrptr);

const char* inet_ntop(int family,const void* addrptr,char* strptr,size_t len);