linux进程间的网络通信

一、进程是如何进行网络通信的？socket通信的过程？

　 同一机器上的不同进程之间的通信方式有很多种，主要使用消息传递或共享内存。而跨网络的进程是几乎都是使用socket通信，例如web服务器，QQ。

    socket即是一种特殊的文件，操作系统提供了一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），进程间的通信就是靠读写各自的socket完成的。

    通信的过程

    server：

1. 使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议套接字
2. 使用bind（）系统调用给创建的socket命名，这个名字就是通常所说的服务器地址（ip地址+端口号），例如服务器的80端口
3. 使用listen（）系统调用，监听来自客户端的连接。
4. 使用accept（）系统调用，接受来自客户端的连接，这个调用一直处于阻塞状态，直到有客户端的连接。
5. 向连接建立的socket里面读写数据（通信）

　　注意：server最初会创建一个socktet，收到连接请求后（accept()）之后会创建一个与原有的命名套接字不同的套接字。这个新的套接字只与这个特定的client通信，而命名套接字会保留下来继续处理来自client的连接。

    client：

1. 使用socket（）系统调用创建一个指定类型和协议的套接字。
2. 使用connect（）将1中创建的socket连接到服务器的地址。
3. 使用系统调用发送和接受数据，最简单的是read( )和write（）函数。

二、主要知识点和系统调用介绍

　 1. int socket(int domain, int type, int protocol); 创建指定类型的socket，两个进程能够通信，必须使用相同域和类型的套接字。

•  domain：主要有AF_INET,AF_INIT6,分别表示IPv4、IPv6域
•  type：SOCK_STREAM 表示有序、可靠、双向的面向连接的字节流 ；SOCK_DGRAM 表示长度固定的、无连接的不可靠的报文传递。
• protocol：一般是0，系统会根据前面的域名和类型，选择合适的协议如TCP、UDP协议等。

    2.  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• sockfd：创建scoket时返回的socket描述符。类似于文件描述符号。
• addr：socket绑定的地址
• addrlen：第二个参数是指针，第三个参数是长度

       地址格式：

     struct sockaddr_in {

    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
 };

        注意：通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。

                  这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

   3.其它

•   int listen(int sockfd, int backlog); //监听socket的描述符，backlog表示最到连接数
•  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //客户端连接服务器的地址
•   int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //服务器接受连接
•   read()/write()
•   recv()/send()
•   readv()/writev()
•   recvmsg()/sendmsg()
•   recvfrom()/sendto()　　

三、简单易学的socket程序示例

一个简单的示例，创建AF_INET型域和SOCK_STREAM面向连接的socket字，server开启服务，client请求连接，向server发送消息，server收到消息后，回应client，结束连接，也关闭服务器。
代码中有注释，基本上是安装前面socket通信的步骤写的代码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

void error(const char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
     int sockfd, newsockfd, portno;
     socklen_t clilen;
     char buffer[256];
     struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
     int n;
     if (argc < 2) {
         fprintf(stderr,"ERROR, no port provided
");
         exit(1);
     }

     //create a socktet
     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");

    //bind an address to that socktet
     bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
     portno = atoi(argv[1]);
     serv_addr.sin_family = AF_INET;
     serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     serv_addr.sin_port = htons(portno);
     if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
              sizeof(serv_addr)) < 0) 
              error("ERROR on binding");

     // listen to the socktet
     listen(sockfd,5);

     //accept connection and create a corresponding new socket
     clilen = sizeof(cli_addr);
     newsockfd = accept(sockfd, 
                 (struct sockaddr *) &cli_addr, 
                 &clilen);
     if (newsockfd < 0) 
          error("ERROR on accept");


      //communication with the new sockfd(read and write data)
     bzero(buffer,256);
     n = read(newsockfd,buffer,255);
     if (n < 0) error("ERROR reading from socket");
     printf("Here is the message: %s
",buffer);
     n = write(newsockfd,"I got your message",18);
     if (n < 0) error("ERROR writing to socket");

     //ends the connection
     close(newsockfd);

     //ends server
     close(sockfd);
     return 0; 
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h> 

void error(const char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd, portno, n;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct hostent *server;

    char buffer[256];
    if (argc < 3) {
       fprintf(stderr,"usage %s hostname port
", argv[0]);
       exit(0);
    }
    portno = atoi(argv[2]);

    //create a socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");


    server = gethostbyname(argv[1]);
    if (server == NULL) {
        fprintf(stderr,"ERROR, no such host
");
        exit(0);
    }
    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    bcopy((char *)server->h_addr, 
         (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
         server->h_length);
    serv_addr.sin_port = htons(portno);

    //connect
    if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) 
        error("ERROR connecting");
    printf("Please enter the message: ");
    bzero(buffer,256);
    fgets(buffer,255,stdin);


    //write and read data
    n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));
    if (n < 0) 
         error("ERROR writing to socket");
    bzero(buffer,256);
    n = read(sockfd,buffer,255);
    if (n < 0) 
         error("ERROR reading from socket");
    printf("%s
",buffer);

    
    //end this connection
    close(sockfd);
    return 0;
}

 使用方法：./server 3000 ./client localhost 3000 一般使用2000～65536之间的端口号

 上面的代码虽然能让人很快理解，进程之间的网络通信是怎么进行的。但是server只是接收一次消息，就马上结束退出。

   而实际中的server是一直在运行的，并且能够同时接收多个client的访问，典型的做法是server每次收到连接请求式都fork一个新的子进程来处理连接请求。

   为了避免产生zombie进程，需要在程序中使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN);使得父进程无视子进程的die。

改进后的代码：

/* A simple server in the internet domain using TCP
   The port number is passed as an argument 
   This version runs forever, forking off a separate 
   process for each connection
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>

void dostuff(int); /* function prototype */
void error(const char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
     int sockfd, newsockfd, portno, pid;
     socklen_t clilen;
     struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;

     if (argc < 2) {
         fprintf(stderr,"ERROR, no port provided
");
         exit(1);
     }
     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");

     bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
     portno = atoi(argv[1]);
     serv_addr.sin_family = AF_INET;
     serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     serv_addr.sin_port = htons(portno);
     if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
              sizeof(serv_addr)) < 0) 
              error("ERROR on binding");

     listen(sockfd,5);
     clilen = sizeof(cli_addr);
     signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
     while (1) {
         newsockfd = accept(sockfd, 
               (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
         if (newsockfd < 0) 
             error("ERROR on accept");
         pid = fork();
         if (pid < 0)
             error("ERROR on fork");
         if (pid == 0)  {
             //close(sockfd);
             dostuff(newsockfd);
             exit(0);
         }
         else close(newsockfd);
     } /* end of while */
     close(sockfd);
     return 0; /* we never get here */
}

/******** DOSTUFF() *********************
 There is a separate instance of this function 
 for each connection.  It handles all communication
 once a connnection has been established.
 *****************************************/
void dostuff (int sock)
{
   int n;
   char buffer[256];
      
   bzero(buffer,256);
   n = read(sock,buffer,255);
   if (n < 0) error("ERROR reading from socket");
   printf("Here is the message: %s
",buffer);
   n = write(sock,"I got your message",18);
   if (n < 0) error("ERROR writing to socket");
}

  四、总结

socket几乎是网络间进程通信的唯一手段，它的通信是非常简单并且重要的，需要记住。虽然在实际的大型的网络服务器中，不会使用每次都使用socke系统调用t编程，而是使用包装过的库，但是还是需要了解。

当让要想成为一个C++高手还是需要熟悉某种网络库，能力强的话可以自己包装实现一个网络库。但是我觉得新手还是先看看人家的库～～如：比如boost-asio、比如libevent，boost-asio

 参考：

　　1.http://www.linuxhowtos.org/C_C++/socket.htm?userrate=2

　　2.http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html