深入浅出Linux工具与编程(socket 函数)

浏览数：24 / 时间：2015年06月20日

1. 基本套接字函数

（1）socket函数原型

socket(建立一个socket文件描述符)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	建立一个socket文件描述符
函数原型	int socket(int domain, int type, int protocol)
函数传入值	domain	AF_INET：IPv4协议
		AF_INET6：IPv6协议
		AF_LOCAL：Unix域协议
		AF_ROUTE：路由套接口
		AF_KEY：密钥套接口
	type	SOCKET_STREAM：双向可靠数据流，对应TCP
		SOCKET_DGRAM：双向不可靠数据报，对应UDP
		SOCKET_RAW：提供传输层以下的协议，可以访问内部网络接口，例如接收和发送ICMP报文
	protocol	type为SOCKET_RAW时需要设置此值说明协议类型，其他类型设置为0即可
函数返回值	成功：socket文件描述符
	失败：-1，失败原因存于error中

表18-1列出了当进行socket调用时，中协议簇（domain）与类型(type)可能产生的组合。

表18-1 socket中协议簇（domain）与类型(type)组合表

	AF_INET	AF_INET6	AF_LOCAL	AF_ROUTE	AF_KEY
SOCK_STREAM	TCP	TCP	Yes
SOCK_DGRAM	UDP	UDP	Yes
SOCK_RAW	IPv4	IPv6		Yes	Yes

（2）bind函数原型

bind(将一个本地协议地址与socket文件描述符联系起来)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	将一个协议地址与socket文件描述符联系起来
函数原型	int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
函数传入值	sockfd	socket文件描述符
	addr	my_addr指向sockaddr结构，该结构中包含IP地址和端口等信息
	addrlen	sockaddr结构的大小，可设置为sizeof(struct sockaddr)
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中

利用bind函数绑定地址时，可以指定IP地址和端口号，也可以指定其中之一，甚至一个也不指定。可以使用通配地址INADDR_ANY（为宏定义，其值等于0），它通知内核选择IP地址。表18-2列出了设置socket地址结构的几种方式，但在实际中，绑定的端口号都需要指定。

表18-2 设置socket地址结构的几种方式

进程指定		说明
IP地址	端口	说明
通配地址INADDR_ANY	0	内核自动选择IP地址和端口号
通配地址INADDR_ANY	非0	内核自动选择IP地址，进程指定端口号
本地IP地址	0	进程指定IP地址，内核自动选择端口号
本地IP地址	非0	进程指定IP地址和端口号

（3）listen函数原型

listen (等待连接)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	等待连接
函数原型	int listen(int sockfd, int backlog)
函数传入值	sockfd	监听socket文件描述符
	backlog	套接字排队的最大连接个数
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中
特别说明	对于监听socket文件描述符sockfd，内核要维护两个队列，分别为未完成连接队列和已完成连接队列，这两个队列之和不超过backlog

（4）connect函数原型

connect(建立socket连接)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	建立socket连接
函数原型	int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen)
函数传入值	sockfd	socket文件描述符
	serv_addr	连接的网络地址和端口
	addrlen	sockaddr结构的大小，可设置为sizeof(struct sockaddr)
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中
附加说明	函数connect激发TCP的三路握手过程，出错返回有以下几种情况： ① 如果客户没有收到SYN分节的响应（总共75秒，这之间可能重发了若干次SYN），则返回ETIMEDOUT ② 如果对客户的SYN的响应是RST，则表明该服务器主机在指定的端口上没有进程在等待与之相连，函数返回错误ECONNREFUSED ③ 如果客户发出的SYN在中间路由器上引发一个目的地不可达的ICMP错误，内核返回EHOSTUNREACH或ENETUNREACH错误（即ICMP错误）给进程

（5）accept函数原型

accept（接受socket连接）

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	接受socket连接，返回一个新的socket文件描述符，原socket文件描述符仍为listen函数所用，而新的socket文件描述符用来处理连接的读写操作
函数原型	int accept(int sockfd, struct sockaddr addr, socklen_t addrlen)
函数传入参数	sockfd: socket文件描述符
函数传入参数	addrlen：addr的大小，可设置为sizeof(struct sockaddr)
函数传出参数	addr：填入远程主机的地址数据
函数返回值	成功：实际读取字节数
函数返回值	失败：-1，错误代码存放在error中
附加说明	① accept函数由TCP服务器调用，为阻塞函数，从已完成连接的队列中返回一个连接；如果该对列为空，则进程进入阻塞等待 ② 函数返回的套接字为已连接套接字，而监听套接字仍为listen函数所用

（6）close函数原型

close (关闭连接的socket文件描述符)
所需头文件	#include <unistd.h>
函数说明	关闭连接的socket文件描述符
函数原型	int close(int sockfd)
函数传入值	sockfd：socket文件描述符
函数返回值	成功：0
函数返回值	失败：-1，失败原因存于error中
附加说明	① close函数默认功能是将套接字置为“已关闭”标记，并立即返回给进程，这个套接字不能再为该进程所用 ② 正常情况下，close将引发四个分节终止序列，但在终止前将发送已排队的数据 ③ 如果套接字描述符访问计数在调用close后大于0（多个进程共享同一个套接字的情况下），则不会引发TCP终止序列（即不会发送FIN分节）

（7）shutdown函数原型

shutdown(终止socket通信)
所需头文件	#include <sys/socket.h>
函数说明	终止socket通信
函数原型	int shutdown(int s, int how)
函数传入值	s	socket文件描述符
	how	0（SHUT_RD）：关闭socket连接的读这一半，不再接收套接字中的数据且现留在收缓冲区的数据作废
		1（SHUT_WR）：关闭socket连接的写这一半（半关闭），但留在套接字发送缓冲区中的数据都会被发送，后跟TCP连接终止序列，不管访问计数是否大于0，此后将不能再执行对套接字的任何写操作
		2（SHUT_RDWR）：socket连接的读、写都关闭
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中

（8）read函数原型

read（从打开的socket文件流中读取数据）

所需头文件	#include <unistd.h>
函数说明	从打开的socket文件流中读取数据，这里仅说明此函数应用于socket的情况
函数原型	ssize_t read(int fd, void *buf ,size_t count)
函数传入参数	fd: socket文件描述符
函数传入参数	count：最大读取字节数
函数传出参数	buf：读取数据的首地址
函数返回值	成功：实际读取字节数
函数返回值	失败：-1，错误代码存放在error中
附加说明	调用函数read从socket文件流中读取数据时，有如下几种情况： ① 套接字接收缓冲区接收数据，返回接收到的字节数 ② TCP协议收到FIN数据，返回0 ③ TCP协议收到RST数据，返回-1，同时errno设置为ECONNRESET ④ 进程阻塞过程中接收到信号，返回-1，同时errno设置为EINTR

（9）write函数原型

write（向socket文件流中写入数据）

所需头文件	#include <unistd.h>
函数说明	向socket文件流中写入数据，这里仅说明此函数应用于socket的情况
函数原型	ssize_t write (int fd,const void *buf,size_t count)
函数传入参数	fd: socket文件描述符
	buf：写入数据的首地址
	count：最大写入字节数
函数返回值	成功：实际写入的字节数
函数返回值	失败：-1，错误代码存放在error中
附加说明	调用函数write向socket文件流写数据时，有如下几种情况： ① 套接字发送缓冲区有足够空间，返回发送的字节数 ② TCP协议接收到RST数据，返回-1，同时errno设置为ECONNRESET ③ 进程阻塞过程中接收到信号，返回-1，同时errno设置为EINTR

2. 高级套接字函数

recv和send函数提供了和read和write差不多的功能。不过它们提供了第四个参数来控制读写操作。

（1） send函数原型

send(通过socket文件描述符发送数据到对方)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	通过socket文件描述符发送数据到对方
函数原型	ssize_t send(int s, const void *buf, size_t len, int flags)
函数传入值	s	socket文件描述符
	buf	发送数据的首地址
	len	发送数据的长度
	flags	0：此时功能同write，flags还可以设为以下标志的组合
		MSG_OOB：发送带外数据
		MSG_DONTROUTE：告诉IP协议，目的主机在本地网络，没有必要查找路由表
		MSG_DONTWAIT：设置为非阻塞操作
		MSG_NOSIGNAL：表示发送动作不愿被SIGPIPE信号中断
函数返回值	成功：实际发送的字节数
	失败：-1，失败原因存于error中

（2） recv函数原型

recv(通过socket文件描述符从对方接收数据)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	通过socket文件描述符从对方接收数据
函数原型	ssize_t recv(int s, void *buf, size_t len, int flags)
函数传入值	s	socket文件描述符
	len	可接收数据的最大长度
	flags	0：此时功能同read，flags还可以设为以下标志的组合
		MSG_OOB：接收带外数据
		MSG_PEEK：查看数据标志，返回的数据并不在系统中删除，如果再次调用recv函数会返回相同的数据内容
		MSG_DONTWAIT：设置为非阻塞操作
		MSG_WAITALL：强迫接收到len大小的数据后才返回，除非有错误或有信号产生
函数传出值	buf	接收数据的首地址
函数返回值	成功：实际发送的字节数
	失败：-1，失败原因存于error中

3. 套接字属性控制函数

系统提供getsockopt、setsockopt两函数获取和修改套接字结构中一些属性，通过修改这些属性，可以调整套接字的性能，进而调整应用程序的性能。

（1） getsockopt函数原型

getsockopt(获取套接字的属性)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	获取套接字的属性
函数原型	int getsockopt(int s, int level, int optname, void optval, socklen_t optlen)
函数传入值	s	socket文件描述符
	level	SOL_SOCKET：通用套接字选项
		IPPROTO_IP：IP选项
		IPPROTO_TCP：TCP选项
	optname	访问的选项名，具体见表18-3
	optlen	optval的长度
函数传出值	optval	取得的属性值
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中

表18-3 套接字属性表

level(级别)	optname(选项名	说明	数据类型
SOL_SOCKET	SO_BROADCAST	允许发送广播数据	int
	SO_DEBUG	允许调试	int
	SO_DONTROUTE	不查找路由	int
	SO_ERROR	获得套接字错误	int
	SO_KEEPALIVE	保持连接	int
	SO_LINGER	延迟关闭连接	struct linger
	SO_OOBINLINE	带外数据放入正常数据流	int
	SO_RCVBUF	接收缓冲区大小	int
	SO_SNDBUF	发送缓冲区大小	int
	SO_RCVLOWAT	接收缓冲区下限	int
	SO_SNDLOWAT	发送缓冲区下限	int
	SO_RCVTIMEO	接收超时	struct timeval
	SO_SNDTIMEO	发送超时	struct timeval
	SO_REUSERADDR	允许重用本地地址和端口	int
	SO_TYPE	获得套接字类型	int
	SO_BSDCOMPAT	与BSD系统兼容	int
IPPROTO_IP	IP_HDRINCL	在数据包中包含IP首部	int
	IP_OPTINOS	IP首部选项	int
	IP_TOS	服务类型	int
	IP_TTL	生存时间	int
IPPRO_TCP	TCP_MAXSEG	TCP最大数据段的大小	int
IPPRO_TCP	CP_NODELAY	不使用Nagle算法	int

（2）setsockopt函数原型

setsockopt(设置套接字的属性)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	设置套接字的属性
函数原型	int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)
函数传入值	s	socket文件描述符
	level	SOL_SOCKET：通用套接字选项
		IPPROTO_IP：IP选项
		IPPROTO_TCP：TCP选项
	optname	设置的选项名，具体见表18-3
	optval	设置的属性值
	optlen	optval的长度
函数返回值	成功：0
	失败：-1，失败原因存于error中

（3）getsockopt、setsockopt函数举例

sockopt.c源代码如下：

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int main()

{

int sockfd,optval,optlen = sizeof(int);

int sndbuf = 0 ;

int rcvbuf = 0 ;

int flag;

if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)

{

perror("socket") ;

return -1 ;

}

getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_TYPE,&optval,&optlen);

printf("optval = %d\n",optval);

optlen = sizeof(sndbuf);

flag = getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&sndbuf,&optlen);

printf("sndbuf=%d\n",sndbuf) ;

printf("flag=%d\n",flag) ;

sndbuf = 51200;

flag = setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&sndbuf, optlen);

sndbuf=0 ;

flag = getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&sndbuf,&optlen);

printf("sndbuf=%d\n",sndbuf) ;

printf("flag=%d\n",flag) ;

close(sockfd);

return 0 ;

}

编译 gcc sockopt.c -o sockopt。

执行 ./sockopt，执行结果如下：

optval = 1

sndbuf=16384

flag=0

sndbuf=102400

flag=0

4. UDP读写函数

UDP套接字是无连接协议，必须使用sendto函数发送数据，必须使用recvfrom函数接收数据，发送时需指明目的地址。sendto函数与send功能基本相同，recvfrom与recv功能基本相同，只不过sendto函数和recvfrom函数参数中都带有对方地址信息，这两个函数是专门为UDP协议提供的。

（1）sendto函数原型

sendto(通过socket文件描述符发送数据到对方)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	通过socket文件描述符发送数据到对方，用于UDP协议
函数原型	ssize_t sendto(int s, const void buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr to, socklen_t tolen)
函数传入值	s	socket文件描述符
	buf	发送数据的首地址
	len	发送数据的长度
	flags	0：默认方式发送数据，flags还可以设为以下标志的组合
		MSG_OOB：发送带外数据
		MSG_DONTROUTE：告诉IP协议，目的主机在本地网络，没有必要查找路由表
		MSG_DONTWAIT：设置为非阻塞操作
		MSG_NOSIGNAL：表示发送动作不愿被SIGPIPE信号中断
	to	存放目的主机IP地址和端口信息
	tolen	to的长度，可设置为sizeof(struct sockaddr)
函数返回值	成功：实际发送的字节数
	失败：-1，失败原因存于error中

(2) recvfrom函数

recv(通过socket文件描述符从对方接收数据)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
函数说明	通过socket文件描述符从对方接收数据，用于UDP协议
函数原型	ssize_t recvfrom(int s, void buf, size_t len, int flags, struct sockaddr from, socklen_t *fromlen)
函数传入值	s	socket文件描述符
	len	可接收数据的最大长度
	flags	0：默认方式接收数据，flags还可以设为以下标志的组合
		MSG_OOB：接收带外数据
		MSG_PEEK：查看数据标志，返回的数据并不在系统中删除，如果再次调用recv函数会返回相同的数据内容
		MSG_DONTWAIT：设置为非阻塞操作
		MSG_WAITALL：强迫接收到len大小的数据后才返回，除非有错误或有信号产生
	fromlen	from的长度，可设置为sizeof(struct sockaddr)
函数传出值	buf	接收数据的首地址
	from	存放发送方的IP地址和端口
函数返回值	成功：实际发送的字节数
	失败：-1，失败原因存于error中