基本套接字

基本套接字函数

创建套接字

#include <sys/socket.h>
int socket (int family, int type, int protocol);

返回套接字描述符

客户端调用

#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

1. 客户端没收到SYN包(超时)，返回ETIMEDOUT
2. 服务端回复RST，表明对应端口没有进程监听，产生硬件错误(hard error)返回ECONNREFUSED
   • RST是在出错的情况下TCP发送的包，共三种情况，其余两种是：1.TCP终止已存在的连接，2.TCP收到不存在的连接的包(即连接已经关闭后收到包)
3. SYN从中间路由器收到ICMP"destination unreachable"，称为软错误(soft error)。客户端保存信息，持续发送SYN直到超时，返回EHOSTUNREACH或ENETUNREACH；也有可能本地所有转发表都无法到达，connect立即返回。如果connect失败，套接字不可用，不能再次调用connect，必须调用close，重新调用socket。

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bind调用将本地协议地址赋值给套接字

#include <sys/socket.h>
int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

bind的主要错误是EADDRINUSE，涉及到SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT套接字选项。

#include <sys/socket.h>
#int listen (int sockfd, int backlog);

listen调用执行两步操作：

1. 当套接字通过socket()创建就视为活动的套接字。如果是客户端，会调用connect；lixten()调用将套接字转换为被动套接字，表示内核应该接受连接请求。
2. 第二个参数指明内核为这个套接字分配队列的最大连接数量(最好的方式是包装listen函数，支持配置、环境变量指定数量，避免重新编译)。内核为lintening套接字维护两个队列，未完成连接队列：包含所有收到客户端的SYN项，等待完成TCP的三步握手，处于SYN_RCVD状态。已完成连接队列：包含已完成TPC三步握手项，处于ESTABLISHED状态。
   
   当SYN到达server端时，TCP在未完成连接队列中创建一项，并完成三步握手中的第二步，直到第三步完成或超时，这一项都处于未完成连接队列。如果三步握手正常完成，这一项被移动到已完成队列的末尾。当进程调用accept()，已完成队列的第一项被返回，如果为空，进程会睡眠(默认阻塞套接字)，直到有项被转移到已完成队列中，backlog的值是两个队列之和的最大值。在三步握手完成后，调用accept之前，客户端发送的数据存储在套接字接收缓冲区中，直到填满。
   如果客户端SYN到达时队列已满，TCP无视这个SYN，因为这个状况是临时的，可以视为软错误，客户端仅仅重发SYN即可。如果不想任何客户端连接listening套接字，最好关闭它而不是将backlog设为0(可能有多种实现，产生不同的解释)。

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accept返回下一个已完成连接。如果进程会睡眠(默认阻塞套接字)。

#include <sys/socket.h>
int accept (int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

accept成功则返回内核自动产生的新描述符，代表TCP连接，称为连接套接字。服务结束后，连接描述符关闭。函数返回三个值，描述符。客户端地址，地址长度。如果不需要后两个值，可将指针设为NULL。

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#include <unistd.h>
int close (int sockfd);

每调用一次close，减少描述符的引用计数，只有当引用计数为0时才发FIN包。

#include <sys/socket.h>
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *localaddr, socklen_t *addrlen); /*get local protocol adddress*/
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, socklen_t *addrlen); /*get foreign procotol address*/

• 客户端调用connect后，getsockname获取本地IP地址和端口
• 服务端调用bind并设置端口号为0时，内核自动选取端口，getsockname获取本地地址与端口
• getsockname还可以获取套接字的地址族
• 服务端bind()通配的IP地址，accept返回后，连接套接字调用getsockname，获取为连接赋值的本地IP地址
• 子进程调用exec函数族执行新进程，accept返回的cliaddr信息丢失，只能通过描述符调用getpeername得到客户端的IP地址和端口。新进程通常有两种方式获取连接描述符，一种是将描述符格式化为参数通过exec传递；一种是提前约定特定的描述符值。

信号处理

信号的作用是向进程通知一件事件的发生，可以由一个进程发送给另一个进程(或发给自己)，也可以由内核发送给进程。当调用fork()产生子进程处理连接时，主要处理的信号时SIGCHILD，当一个进程终止时，内核向它的父进程发送这个信号，处理信号采取的默认行为是忽视，因此子进程进入僵尸状态。POSIX中指明，将SIGCHLID设为SIG_IGN的处理方式是未定义的，不能保证子进程不变成僵尸，可移植的方式是捕捉信号并调用wait()或waitpid()。 对于一个典型的echo server和echo client会产生如下输出

solaris % tcpserv & //start server in background
  
solaris % tcpcli01 127.0.0.1
hi there  //we type this
hi there  //this is echoed
^D        //we type our EOF character

child 16942 terminated //tcpserv  output by printf in signal handler
accept error: Interrupted system call //tcpserv main function aborts 

1. 客户端输入EOF，客户端进程退出，并向server发送FIN，server返回ACK
2. 服务端对应的子进程终止
3. 向父进程发送SIGCHILD信号，调用signal handler处理，此时父进程正阻塞在accept
4. 由于在阻塞期间捕捉到信号，accept(永远阻塞的慢系统调用)返回错误EINTR，代表系统调用被中断，而父进程没有处理这个错误，因此异常终止 有些系统signal()设置了SA_RESTART标志，内核会重新开始被中断的系统调用，因此不会出现上面的错误，但是为了可移植性，还是要手动包装signal()。可以使用下面这种方式:

for ( ; ; ) {
    clilen = sizeof (cliaddr);
    if ( (connfd = accept (listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen)) < 0) {
        if (errno == EINTR)
            continue;         /* back to for () */
        else
            err_sys ("accept error");
    }
    ...
    ...
}

几乎所有的慢系统调用都可以使用这种方式处理被中断情况(EINTR)，但是connect()不可以，它需要使用类似select的I/O多路复用方法确定。I/O多路复用主要解决进程有多个I/O源的情况，进程不应该阻塞在一个源上，而是当任何一个源有事件发生时都可以得到通知。

wait和waitpid

如果在信号处理函数执行前产生了多个信号，处理函数只执行一次，因为Unix没有信号队列。
如果该进程有正在运行的子进程，在第一个子进程结束前，wait()会一直阻塞。waitpid可以设置WNOHANG标志，即使有正在运行的子进程也不必阻塞，可以使用下面的方法处理产生多次信号的情况:

 2 void
 3 sig_chld(int signo)
 4 {
 5     pid_t    pid;
 6     int      stat;

 7     while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
 8         printf("child %d terminated
", pid);
 9     return;
10 }

调用write()向已经收到FIN的套接字写数据，第一次对方会发送RST，第二次进程会收到SIGPIPE信号，write()返回EPIPE错误。