Linux 进程间套接字通信（Socket)基础知识

姓名：罗学元    学号：21181214375    学院：广州研究院

嵌牛导读Linux进程间套接字通信基础

嵌牛鼻子Linux 进程间套接字及通信介绍

嵌牛提问Linux进程间套接字包含哪些内容，如何实现通信

一、套接字（Socket）通信原理

套接字通信允许互联的位于不同计算机上的进程之间实现通信功能。

二、套接字的属性

套接字的特性由3个属性确定，它们分别是：域、类型和协议。

1 套接字的域

它指定套接字通信中使用的网络介质，最常见的套接字域是AF_INET，它指的是Internet网络。当客户使用套接字进行跨网络的连接时，它就需要用到服务器计算机的IP地址和端口来指定一台联网机器上的某个特定服务，所以在使用socket作为通信的终点，服务器应用程序必须在开始通信之前绑定一个端口，服务器在指定的端口等待客户的连接。

另一个域AF_UNIX表示UNIX文件系统，就是文件输入/输出，它的地址就是文件名。

2 套接字类型

因特网提供了两种通信机制：流（stream）和数据报（datagram），因而套接字的类型也就分为流套接字和数据报套接字。我们主要看流套接字。

流套接字由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现，同时也是AF_UNIX中常用的套接字类型。

流套接字提供的是一个有序、可靠、双向字节流的连接，因此发送的数据可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且它还有一定的出错后重新发送的机制。

与流套接字相对的是由类型SOCK_DGRAM指定的数据报套接字，它不需要建立连接和维持一个连接，它们在AF_INET中通常是通过UDP/IP实现的。它对可以发送的数据的长度有限制，数据报作为一个单独的网络消息被传输，它可能丢失、复制或错乱到达，UDP不是一个可靠的协议，但是它的速度比较高，因为它并不需要总是要建立和维持一个连接。

3套接字协议

只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。通常只需要使用默认值。

三、套接字地址

每个套接字都有其自己的地址格式，对于AF_UNIX域套接字来说，它的地址由结构sockaddr_un来描述，该结构定义在头文件

struct sockaddr_un{

sa_family_t sun_family;  //AF_UNIX，它是一个短整型

char sum_path[];  //路径名

};

对于AF_INET域套接字来说，它的地址结构由sockaddr_in来描述，它至少包括以下几个成员：

struct sockaddr_in{

short int sin_family;  //AN_INET

unsigned short int sin_port;  //端口号

struct in_addr sin_addr;    //IP地址

}

而in_addr被定义为：

struct in_addr{

unsigned long int s_addr;

}

四、基于流套接字的客户/服务器的工作流程

使用socket进行进程通信的进程采用的客户/服务器系统是如何工作的呢？

1服务器端

首先，服务器应用程序用系统调用socket来创建一个套接字，它是系统分配给该服务器进程的类似文件描述符的资源，它不能与其他的进程共享。

接下来，服务器进程会给套接字起个名字，我们使用系统调用bind来给套接字命名。然后服务器进程就开始等待客户连接到这个套接字。

然后，系统调用listen来创建一个队列，并将其用于存放来自客户的进入连接。

最后，服务器通过系统调用accept来接受客户的连接。它会创建一个与原有的命名套接不同的新套接字，这个套接字只用于与这个特定客户端进行通信，而命名套接字（即原先的套接字）则被保留下来继续处理来自其他客户的连接。

2客户端

基于socket的客户端比服务器端简单。同样，客户应用程序首先调用socket来创建一个未命名的套接字，然后讲服务器的命名套接字作为一个地址来调用connect与服务器建立连接。

一旦连接建立，我们就可以像使用底层的文件描述符那样用套接字来实现双向数据的通信。

呵呵，当让可以了。

1、首先我说一下他们的关系：

一个解决方案（sln）中可以包含多个项目（vcxproj）；

这些项目可以是互不相关的，也可以是相关的；

2、下面说如何将你的两个项目放在同一个解决方案里

你将一个的项目（B）拷贝到另外一个项目中（A）（其中文件夹A和B中含有vcxproj）；

你有Avcxproj和Bvcxproj两个项目，他们分别为

文件夹A（其中含有Avcxproj） 和 文件夹B（其中含有Bvcxproj）

解决方案（Csln）和文件夹A和B在同一目录下。

然后打开对应的解决方案，添加项目，将刚才的B项目添加即可；

3、设置启动项目。

都可以，但是控制台程序比较节省系统资源，写非常大的服务端程序，非常消耗系统资源的时候，建议用控制台程序，别看那么几个控件、按钮占地方不大，内存都是一点点挤出来，又一点点消耗掉的。

控制台模式还有个优点就是，不会因为线程被阻塞就停止响应，换句话说，如果你只是做1对1，或者n（n<10）对1的时候，如果你选用最见的阻塞型的select模型的话，控制台不会被阻塞，但是窗口程序就会停止响应了（线程越多越占用系统资源，线程切换的时候，系统对堆栈的操作效率极其低下，所以不是线程越多越好，所以你可以每个IP一个线程来达到避免停止响应，但是不建议这么做）

我打了将近300个字啊。。。。哎

基于C#的socket编程的TCP异步实现

一、摘要

　　本篇博文阐述基于TCP通信协议的异步实现。

二、实验平台

　　Visual Studio 2010

三、异步通信实现原理及常用方法

31 建立连接　

　　在同步模式中，在服务器上使用Accept方法接入连接请求，而在客户端则使用Connect方法来连接服务器。相对地，在异步模式下，服务器可以使用BeginAccept方法和EndAccept方法来完成连接到客户端的任务，在客户端则通过BeginConnect方法和EndConnect方法来实现与服务器的连接。

　　BeginAccept在异步方式下传入的连接尝试，它允许其他动作而不必等待连接建立才继续执行后面程序。在调用BeginAccept之前，必须使用Listen方法来侦听是否有连接请求，BeginAccept的函数原型为：

BeginAccept(AsyncCallback AsyncCallback, Ojbect state)

参数：

AsyncCallBack：代表回调函数

state：表示状态信息，必须保证state中包含socket的句柄

　　使用BeginAccept的基本流程是：

(1)创建本地终节点，并新建套接字与本地终节点进行绑定；

(2)在端口上侦听是否有新的连接请求；

(3)请求开始接入新的连接，传入Socket的实例或者StateOjbect的实例。

　　参考代码：

复制代码

//定义IP地址

IPAddress local = IPAddressParse("1270,0,1");

IPEndPoint iep = new IPEndPoint(local,13000);

//创建服务器的socket对象

Socket server = new Socket(AddressFamilyInterNetwork,SocketTypeStream,ProtocolTypeTcp);

serverBind(iep);

serverListen(20);

serverBeginAccecpt(new AsyncCallback(Accept),server);

复制代码

　　当BeginAccept()方法调用结束后，一旦新的连接发生，将调用回调函数，而该回调函数必须包括用来结束接入连接操作的EndAccept()方法。

该方法参数列表为 Socket EndAccept(IAsyncResult iar)

下面为回调函数的实例：

复制代码

void Accept(IAsyncResult iar)

{

//还原传入的原始套接字

Socket MyServer = (Socket)iarAsyncState;

//在原始套接字上调用EndAccept方法，返回新的套接字

Socket service = MyServerEndAccept(iar);

}

复制代码

　　至此，服务器端已经准备好了。客户端应通过BeginConnect方法和EndConnect来远程连接主机。在调用BeginConnect方法时必须注册相应的回调函数并且至少传递一个Socket的实例给state参数，以保证EndConnect方法中能使用原始的套接字。下面是一段是BeginConnect的调用：

Socket socket=new Socket(AddressFamilyInterNetwork,SocketTypeStream,ProtocolTypeTcp)

IPAddress ip=IPAddressParse("127001");

IPEndPoint iep=new IPEndPoint(ip,13000);

socketBeginConnect(iep, new AsyncCallback(Connect),socket);

　　EndConnect是一种阻塞方法，用于完成BeginConnect方法的异步连接诶远程主机的请求。在注册了回调函数后必须接收BeginConnect方法返回的IASynccReuslt作为参数。下面为代码演示：

复制代码

void Connect(IAsyncResult iar)

{

Socket client=(Socket)iarAsyncState;

try

{

clientEndConnect(iar);

}

catch (Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

finally

{

}

}

复制代码

　　除了采用上述方法建立连接之后，也可以采用TcpListener类里面的方法进行连接建立。下面是服务器端对关于TcpListener类使用BeginAccetpTcpClient方法处理一个传入的连接尝试。以下是使用BeginAccetpTcpClient方法和EndAccetpTcpClient方法的代码：

复制代码

public static void DoBeginAccept(TcpListener listner)

{

//开始从客户端监听连接

ConsoleWriteLine("Waitting for a connection");

//接收连接

//开始准备接入新的连接，一旦有新连接尝试则调用回调函数DoAcceptTcpCliet

listnerBeginAcceptTcpClient(new AsyncCallback(DoAcceptTcpCliet), listner);

}

//处理客户端的连接

public static void DoAcceptTcpCliet(IAsyncResult iar)

{

//还原原始的TcpListner对象

TcpListener listener = (TcpListener)iarAsyncState;

//完成连接的动作，并返回新的TcpClient

TcpClient client = listenerEndAcceptTcpClient(iar);

ConsoleWriteLine("连接成功");

}

复制代码

　　代码的处理逻辑为：

(1)调用BeginAccetpTcpClient方法开开始连接新的连接，当连接视图发生时，回调函数被调用以完成连接操作；

(2)上面DoAcceptTcpCliet方法通过AsyncState属性获得由BeginAcceptTcpClient传入的listner实例；

(3)在得到listener对象后，用它调用EndAcceptTcpClient方法，该方法返回新的包含客户端信息的TcpClient。

　　BeginConnect方法和EndConnect方法可用于客户端尝试建立与服务端的连接，这里和第一种方法并无区别。下面看实例：

复制代码

public void doBeginConnect(IAsyncResult iar)

{

Socket client=(Socket)iarAsyncState;

//开始与远程主机进行连接

clientBeginConnect(serverIP[0],13000,requestCallBack,client);

ConsoleWriteLine("开始与服务器进行连接");

}

private void requestCallBack(IAsyncResult iar)

{

try

{

//还原原始的TcpClient对象

TcpClient client=(TcpClient)iarAsyncState;

//

clientEndConnect(iar);

ConsoleWriteLine("与服务器{0}连接成功",clientClientRemoteEndPoint);

}

catch(Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

finally

{

}

}

复制代码

　　以上是建立连接的两种方法。可根据需要选择使用。

32 发送与接受数据

　　在建立了套接字的连接后，就可以服务器端和客户端之间进行数据通信了。异步套接字用BeginSend和EndSend方法来负责数据的发送。注意在调用BeginSend方法前要确保双方都已经建立连接，否则会出异常。下面演示代码：

复制代码

private static void Send(Socket handler, String data)

{

// Convert the string data to byte data using ASCII encoding

byte[] byteData = EncodingASCIIGetBytes(data);

// Begin sending the data to the remote device

handlerBeginSend(byteData, 0, byteDataLength, 0, new AsyncCallback(SendCallback), handler);

}

private static void SendCallback(IAsyncResult ar)

{

try

{

// Retrieve the socket from the state object

Socket handler = (Socket)arAsyncState;

// Complete sending the data to the remote device

int bytesSent = handlerEndSend(ar);

ConsoleWriteLine("Sent {0} bytes to client", bytesSent);

handlerShutdown(SocketShutdownBoth);

handlerClose();

}

catch (Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

}

复制代码

　　接收数据是通过BeginReceive和EndReceive方法：

复制代码

private static void Receive(Socket client)

{

try

{

// Create the state object

StateObject state = new StateObject();

stateworkSocket = client;

// Begin receiving the data from the remote device

clientBeginReceive(statebuffer, 0, StateObjectBufferSize, 0, new AsyncCallback(ReceiveCallback), state);

}

catch (Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

}

private static void ReceiveCallback(IAsyncResult ar)

{

try

{

// Retrieve the state object and the client socket

// from the asynchronous state object

StateObject state = (StateObject)arAsyncState;

Socket client = stateworkSocket;

// Read data from the remote device

int bytesRead = clientEndReceive(ar);

if (bytesRead > 0)

{

// There might be more data, so store the data received so far

statesbAppend(EncodingASCIIGetString(statebuffer, 0, bytesRead));

// Get the rest of the data

clientBeginReceive(statebuffer, 0, StateObjectBufferSize, 0, new AsyncCallback(ReceiveCallback), state);

}

else

{

// All the data has arrived; put it in response

if (statesbLength > 1)

{

response = statesbToString();

}

// Signal that all bytes have been received

receiveDoneSet();

}

}

catch (Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

}

复制代码

　　上述代码的处理逻辑为：

(1)首先处理连接的回调函数里得到的通讯套接字client，接着开始接收数据；

(2)当数据发送到缓冲区中，BeginReceive方法试图从buffer数组中读取长度为bufferlength的数据块，并返回接收到的数据量bytesRead。最后接收并打印数据。

　　除了上述方法外，还可以使用基于NetworkStream相关的异步发送和接收方法，下面是基于NetworkStream相关的异步发送和接收方法的使用介绍。

　　NetworkStream使用BeginRead和EndRead方法进行读操作，使用BeginWreite和EndWrete方法进行写操作，下面看实例：

复制代码

static void DataHandle(TcpClient client)

{

TcpClient tcpClient = client;

//使用TcpClient的GetStream方法获取网络流

NetworkStream ns = tcpClientGetStream();

//检查网络流是否可读

if(nsCanRead)

{

//定义缓冲区

byte[] read = new byte[1024];

nsBeginRead(read,0,readLength,new AsyncCallback(myReadCallBack),ns);

}

else

{

ConsoleWriteLine("无法从网络中读取流数据");

}

}

public static void myReadCallBack(IAsyncResult iar)

{

NetworkStream ns = (NetworkStream)iarAsyncState;

byte[] read = new byte[1024];

String data = "";

int recv;

recv = nsEndRead(iar);

data = StringConcat(data, EncodingASCIIGetString(read, 0, recv));

//接收到的消息长度可能大于缓冲区总大小，反复循环直到读完为止

while (nsDataAvailable)

{

nsBeginRead(read, 0, readLength, new AsyncCallback(myReadCallBack), ns);

}

//打印

ConsoleWriteLine("您收到的信息是" + data);

}

复制代码

33 程序阻塞与异步中的同步问题

　　Net里提供了EventWaitHandle类来表示一个线程的同步事件。EventWaitHandle即事件等待句柄，他允许线程通过操作系统互发信号和等待彼此的信号来达到线程同步的目的。这个类有2个子类，分别为AutoRestEevnt(自动重置)和ManualRestEvent(手动重置)。下面是线程同步的几个方法：

(1)Rset方法：将事件状态设为非终止状态，导致线程阻塞。这里的线程阻塞是指允许其他需要等待的线程进行阻塞即让含WaitOne()方法的线程阻塞；

(2)Set方法：将事件状态设为终止状态，允许一个或多个等待线程继续。该方法发送一个信号给操作系统，让处于等待的某个线程从阻塞状态转换为继续运行，即WaitOne方法的线程不在阻塞；

(3)WaitOne方法：阻塞当前线程，直到当前的等待句柄收到信号。此方法将一直使本线程处于阻塞状态直到收到信号为止，即当其他非阻塞进程调用set方法时可以继续执行。

复制代码

public static void StartListening()

{

// Data buffer for incoming data

byte[] bytes = new Byte[1024];

// Establish the local endpoint for the socket

// The DNS name of the computer

// running the listener is "hostcontosocom"

//IPHostEntry ipHostInfo = DnsResolve(DnsGetHostName());

//IPAddress ipAddress = ipHostInfoAddressList[0];

IPAddress ipAddress = IPAddressParse("127001");

IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 11000);

// Create a TCP/IP socket

Socket listener = new Socket(AddressFamilyInterNetwork,SocketTypeStream, ProtocolTypeTcp);

// Bind the socket to the local

//endpoint and listen for incoming connections

try

{

listenerBind(localEndPoint);

listenerListen(100);

while (true)

{

// Set the event to nonsignaled state

allDoneReset();

// Start an asynchronous socket to listen for connections

ConsoleWriteLine("Waiting for a connection");

listenerBeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback),listener);

// Wait until a connection is made before continuing

allDoneWaitOne();

}

}

catch (Exception e)

{

ConsoleWriteLine(eToString());

}

ConsoleWriteLine("\nPress ENTER to continue");

ConsoleRead();

}

复制代码

　　上述代码的逻辑为：

(1)试用了ManualRestEvent对象创建一个等待句柄，在调用BeginAccept方法前使用Rest方法允许其他线程阻塞；

(2)为了防止在连接完成之前对套接字进行读写操作，务必要在BeginAccept方法后调用WaitOne来让线程进入阻塞状态。

　　当有连接接入后系统会自动调用会调用回调函数，所以当代码执行到回调函数时说明连接已经成功，并在函数的第一句就调用Set方法让处于等待的线程可以继续执行

addr实际指向的是一个sockaddr_in的结构体，这个结构体如下

struct sockaddr_in{

short sin_family;

unsigned short sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero[8];

};

sin_family是指选取可用网络的类型

sin_port，这个指端口，在bind中就是服务器要把自己的哪个端口开放用于接收数据，在connect中就是指出客户端要连接服务器的哪个端口，用于通讯。

sin_addr就是IP地址，bind的时候，这个就是包含本机的IP地址一个结构体，connect的时候就是包含服务器的IP地址一种结构体

其中ip地址就是sin_addrS_unS_addr。其它参数没用到。

最后一个参数我没用过，不知道什么意思。

如服务器绑定前的参考设定

addrSrvsin_addrS_unS_addr=htonl(INADDR_ANY);

addrSrvsin_family=AF_INET;

addrSrvsin_port=htons(6100);