socket编程—技术实现

这几天都在玩socket了，有一点心得，贴出来与大家共赏，若有不妥或错误的地方，还请各位看官指点一二。
什么是socket？socket就是...，我在这里就不抄书了，有兴趣的同仁去查查书吧。
不过还要说一句，socket就是不同进程之间的一种通信方式。就象打电话是朋友之间的一种通信方式是一样。个人理解：所谓“通信”，就是相互之间发送数据。有人理解socket是不同计算机之间的一种通信方
式，这是不确切的。两个进程，不管是运行在同一台计算机上，还是运行在不同计算机上，都可通过
socket技术进行通信。
socket套接字的使用需要有网卡的支持，所以socket一般都被用来在不同机器之间通信，而如果在同一台计算机上的两个进程进行通信，通常采用效率更高的共享内存技术来实现。
两个进程之间进行通讯，就需要两个进程同时都在运行了（废话），在具体实现中，两个进程我们通常要区别对待，一个进程专门等待另一个进程给自己发消息，收到消息后进行处理，在把处理结果发送回去。我们把专门处理消息、提供服务的进程称为服务器端，把发送消息、请求处理的进程称为客户端。总体过程就是客户端发送一个消息给服务器端，服务器端进程收到消息进行处理，把处理结果发送给客户端。恩，就是这样。
还有一个问题，如果我现在有一个进程要跟另一台计算机上的某个进程进行socket通信，那在我这个进程中如何指定另一个进程呢？这里还需要说一下另一个概念——端口，如果把操作系统比作一座房子的话，那端口就是房子的窗口，是系统外界同系统内部进行通信的通道。在socket实现中，我们不进行另一个进程的指定，而是指定发送消息或接收消息的端口号。比如说现在进程A要给进程B发消息，我们会把消息发送到进程B所运行的计算机的端口N上，而进程B此时正在监视端口N，这样进程B就能收到进程A发送来的数据，同样进程B也把消息发送到该端口上，进程A也能从该端口收到进程B发送来的数据，当然，这需要客户端和服务器端关于端口号进行一个约定，即共同操作同一个端口。如果客户端把消息发送到端口N1上，而服务器端监视的是端口N2，那通信一定不能成功。端口号最大为65535，不能比这个再大了，但在我们自己的程序中尽量不要用小于1024的端口号，小于1024的端口好很多都被系统使用了，比如23被telnet所使用。
socket的实现是很简单的，只要按照一定的步骤，就可马上建立一个这样的通信通道。
下面较详细的介绍几个核心的函数：
SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
无论是客户端还是服务器端，下面这个函数是一定要用到的，也是最先用到的。
这个函数是要告诉系统，给我准备好一个socket通道，我要和其它进程通信了。函数的返回值很重要，我们要记下来，它表示系统为我们准备好的这个socket通道，在以后的每个socket相关函数中都会用到，如果这个值等于SOCKET_ERROR，表示函数执行失败了。函数的参数我们分别给：PF_INET、SOCK_STREAM和IPPROTO_TCP。
int bind(SOCKET s, const sockaddr *addr, int namelen);
这个函数只有服务器端程序使用，作用是与某个socket通道绑定。可以用返回值判断该函数执行结果怎么样，如果等于SOCKET_ERROR，那就是失败了。第一个参数s，就是socket()函数的返回值；在结构addr中，我们要给定一个端口号；namelen等于结构sockaddr的大小。
int listen(SOCKET s, int backlog);
这个函数只有服务器端程序使用，作用是监听该端口。返回值与bind函数意义一样。
int accept(SOCKET s, sockaddr *addr, int *addrlen);
这个函数只有服务器端程序使用，作用是响应客户端的连接。返回值与bind函数意义一样。
int connect(SOCKET s, const sockaddr *name, int namelen);
这个函数只有客户端程序使用，作用是把客户端和某个计算机的某个端口建立连接。返回值与bind函数意义一样。第一个参数s，就是socket()函数的返回值；在结构name中，我们要给定一个端口号和目的机器名；namelen等于结构sockaddr的大小。
int send(SOCKET s, char *buf, int len, int flags);
int recv(SOCKET s, char *buf, int len, int flags);
这两个函数就是发送数据和接收数据，客户端和服务器端程序都能用，哪个发送哪个接收不用说了吧？呵呵。
从函数的返回值可以检查函数执行是否成功。参数中buf是指向发送或接收的数据的指针，len是数据长度。flags我们给个0就可以（其实是我不知道具体含义）。
最后就是关闭socket了，这个很容易忘掉，但这个函数很重要，一定要用。
int closesocket(SOCKET s);

好了，关键函数就这么几个，下图是这几个函数的执行顺序：
 client端  service端
    |      |
    v      v
 socket()  socket()
    |      |
    |      v
    |   bind()
    |      |
    |      v
    |   listen()
    |      |
    |      v
    |   accept() 挂起，直到有客户端来连接
    |      |
    v    三段握手过程    |
 connect() <------------->  |
    |      |
    v    发送消息    v
   +---> send() ---------------> recv() <-------+
   |    |      .  |
   |    |        . 处理消息 |
   |    v    响应消息    .  |
   +---- recv() <--------------- send() --------+
    |      |
    v      |
 close() ---------------> recv()
       |
       v
    closesocket()
上图我觉得能很好的说明客户端和服务器端的运行轨迹。
使用以上几个函数在 linux 系统上就可成功建立一个socket通信连路，但如果在windows系统上，还要用到另一个函数：
int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);
在windows系统上，首先要执行这个函数，所以要把这个函数放在socket()函数的前面。
我对上面的函数进行了一些封装，为节省篇幅，我去掉所有注释和非重要的函数，在这里可以看到各个函数的具体用法：
在 VC60 环境下要运行下面的函数，要包含头文件 errno.h 和 winsock2.h，还有，在连接的时候要连接上ws2_32.dll文件。
这是头文件内容：
class Socket {
public:
 bool setup();
 void close();
 bool connect(string host, int port);
 bool listen();
 int accept();
 int recv(char *buf, int len);
 int recv(int new_fd, char *buf, int len);
 int send(const char *msg, int len);
 int send(int new_fd, const char *msg, int len);
private:
    int _fd;
};
这是实现文件内容：
bool Socket::setup() {
 WSADATA wsd;
 _fd = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd);  
 if(_fd) {
  return false;
 }
 _fd = ::socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
 if (_fd == -1) {
  return false;
 }
 return true;
}
bool Socket::listen() {
 struct sockaddr_in my_addr;
 
 my_addr.sin_family = AF_INET; 
 my_addr.sin_port = htons(52309);
 my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 
 if(::bind(_fd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == SOCKET_ERROR) {
  return false;
 }
 if(::listen(_fd, BACKLOG) == SOCKET_ERROR) {
  return false;
 }
 return true;
}
int Socket::accept()
{
 int new_fd;
 struct sockaddr_in their_addr;
 int sin_size = sizeof(their_addr);
 
 printf("accepting... \n");
 new_fd = ::accept(_fd, 
   (struct sockaddr *)&their_addr,
   &sin_size);
 return new_fd == SOCKET_ERROR ? -1:new_fd;
}
bool Socket::connect(string host, int port) {
 struct hostent *_h = gethostbyname(host.c_str());
 if (_h == 0) {
  return false;
 }
 struct in_addr *_addr = (struct in_addr *)_h->h_addr;
 struct sockaddr_in sin;
 sin.sin_family = AF_INET;
 sin.sin_addr = *_addr;
 sin.sin_port = htons(port);
 if (::connect(_fd, (sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR) {
  return false;
 }
 return true;
}
int Socket::recv(int new_fd, char *buf, int len)
{
 int nb = ::recv(new_fd, buf, len, 0);
 if (nb == -1) {
  printf("Error! recv.\n");
 }
 return nb;
}
int Socket::recv(char *buf, int len) {
 return recv(_fd, buf, len);
}
int Socket::send(const char *msg, int len) {
 return send(_fd, msg, len);
}
int Socket::send(int new_fd, const char *msg, int len)
{
 int nb = ::send(new_fd, msg, len, 0);
 if (nb == -1) {
  printf("Error! send.\n");
 }
 return nb;
}
void Socket::close() {
 int trytimes = 0;
 while(::closesocket(_fd) && trytimes < CLOSE_TRY_TIMES)
  trytimes++;
 if(trytimes == 10) {
  printf("Cannot close socket!\n");
 }
}
好，socket类是封装好了，下面就是组织了，服务器端和客户端是不一样的，下面分别给出代码，到这里已经就很简单了。
客户端：
int main(int argc,  char **argv)
{
 printf("socket of client is run ...\n");
 Socket s;
 if (!s.connect("dezhi", 52309))
  return 0;
 char *msg = "ok, send a message.";
 for (int i=0; i<10; i++) {
  s.send(msg, 20);
  printf("message = %s\n", msg);
 }
 s.send("q", 1);
 s.close();
 return 0;
}
服务器：
int main(int argc,  char **argv) {
 printf("socket of service is run ...\n");
 Socket s;
 s.listen();
 int new_fd = s.accept();
 char buf[8];
 buf[7] = '\0';
 while (1) {
  if (s.recv(new_fd, buf, 5) != -1) {
   printf("%s\n", buf);
   if (buf[0] == 'q')
    break;
  }
 }
 s.close();
}
下面为运行结果：
客户端：
socket of client is run ...
Socket: WSAStartup success execute.
Socket: socket success execute.
Socket: Establish the connection to "127.0.0.1:52309"
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
message = ok, send a message.
Socket: Close connection to "127.0.0.1:52309"
Press any key to continue
服务器端
socket of service is run ...
Socket: WSAStartup success execute.
Socket: socket success execute.
bind ok!
listen ok!
accepting...
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
ok, send a message.
qk, send a message.
Press any key to continue
就到这里吧。socket的相关内容可远不止这些，我在这里只是给大家来个抛砖引玉，想深究？路还很漫长。关于详细的实现代码，去我的《源码》上找吧，不放在这里，是为了让篇幅小些。