python提供的网络接口API和Linux Socket API间的关系探究 liushu

首先以一个简单的hello/hi网络聊天程序作为示例，它使用了python提供的Socket API接口，程序的功能就是：客户端向服务器发送一条消息，服务器端返回一条消息给客户端

server.py

import socket

host='127.0.0.1'
port=1234
serv_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
serv_sock.bind((host,port))
serv_sock.listen(10)
#接收客户端套接字
clnt_sock,addr=serv_sock.accept()
msg=clnt_sock.recv(1024)
str_msg=msg.decode("utf-8")
#返回给客户端消息
r_msg="Hi,"+str_msg[10:]
clnt_sock.send(r_msg.encode("utf-8"))
#关闭连接
serv_sock.close()
clnt_sock.close()

client.py

import socket

host='127.0.0.1'
port=1234
sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((host,port))
#向服务器发送数据
msg=input("input:")
sock.send(msg.encode("utf-8"))
#接收服务器返回的消息
recive=sock.recv(1024)
print(recive)

sock.close()

在上述这个简单的聊天程序中，调用了python提供的下列网络函数

• socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
• socket.connect(address)，其中address是一个元组(host,port)
• socket.bind(address)
• socket.listen([backlog])
• socket.accept()，返回一个元组 (conn,address)

• socket.send(bytes[, flags])
• socket.recv(bufsize[, flags])

python的官方文档上提到，socket模块提供了访问BSD Socket的接口，上述的网络函数应该和系统提供的Socket API对应。使用strace这个工具，可以查看一个应用程序使用的的系统调用，接下来我会使用strace检查客户端用到的Linux Socket API。

只需要启动服务端，然后输入

strace python ./client.py

即可查看系统调用，其中和网络有关的系统调用信息如下

socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3 
connect(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(1234), sin_addr=inet_addr("127.0.0.1")}, 16) = 0
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
sendto(3, "Hello,I'm liu", 13, 0, NULL, 0) = 13
recvfrom(3, "Hi,liu", 1024, 0, NULL, NULL) = 6
write(1, "Hi,liu\n", 7Hi,liu) = 7
close(3) = 0

可以从这些信息中看的python提供的网络接口API和Linux Socket API间一一对应的关系:

• 在通过socket.socket()创建套接字时，底层调用的是socket()这个API，创建的套接字文件描述符是3（Shell启动的进程会打开三个与标准输入输出相关的文件，描述符为0,1,2）
• socket.connect()对应的是connect() API，第一个参数指明文件描述符3，即在前面创建的套接字上建立连接，然后python帮我们自动填充了sockaddr类型的结构体
• 可以看到，尽管创建的是流式套接字，但底层发送、接收数据还是使用的sendto和recvfrom，不过后两个参数（目的/源地址及其长度）被设为了NULL，《Unix网络编程》中说，在TCP中，connect函数调用后可以使用sendto及recvfrom，但还是不清楚python为什么这样实现socket.send()和socket.recv()

服务器端的系统调用类似，其中socket.accept()函数调用了accpet来实现，并创建了新套接字（描述符为4），此处不再赘述