[16]APUE：套接字

[a] socket / socketpair

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol) 
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2])
//成功返回套接字描述符，出错返回 -1 

• 套接字描述符本质上是就是文件描述符
• socket 类型由三个参数共同确定
  • domain：AF_UNIX / AF_LOCAL / AF_INET / AF_INET6，其中 AF_LOCAL 是 AF_UNIX 的别名
  • type：SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM / SOCK_SEQPACKET / SOCK_RAW
  • protocol：IPPROTO_TCP / IPPROTO_UDP / IPPROTO_ICMP / IPPROTO_IP / IPPROTO_IP6，通常设为 0，表示采用与 type 对应的默认值
• 可以操纵套接字的通用函数：close /read / write / dup / dup2 / fcntl / epoll / kqueue ...
• socketpair 仅用于创建匿名 UNIX 域套接字，功能相当于全双工管道

[b] shutdown

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how) //成功返回 0，出错返回 -1 

• 用于关闭双向传输中的一个或全部两个方向
• 与 close 的区别是，shutdown 允许使一个套接字处于不活动状态，和引用它的描述符数量无关
• how 参数可用值：SHUT_RD / SHUT_WR / SHUT_RDWR

[c] htonl / htons / ntohl / ntohs

#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostint32)
uint16_t htons(uint16_t hostint16)
//返回以网络字节序表示的整数
uint32_t ntohl(uint32_t netint32)
uint16_t ntohs(uint16_t netint16)
//返回以主机字节序表示的整数 

• TCP/IP 协议栈使用大端字节序(big-endian，右侧代表高位)，Intel 处理器通常采用小端字节序(little-endian，左侧代表高位)

[d] getaddrinfo / freeaddrinfo / gai_strerror / getnameinfo

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
int getaddrinfo(const char *hostname, const char *servname, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res) //成功返回 0，出错返回非 0
void freeaddrinfo(struct addrinfo *ai)
const char *gai_strerror(int errno) //返回描述错误码的字符串指针
int getnameinfo(const struct sockaddr *saddr, socklen_t salen, char *host, socklen_t hostlen, char *serv, socklen_t servlen, int flags) //成功返回 0，出错返回非 0 

struct addrinfo {
    int    ai_flags;
    int    ai_family;
    int    ai_socktype;
    int    ai_profocol;
    socklen_t    ai_addrlen;
    struct sockaddr    *ai_addr;
    char    *ai_canonname; //canonical name，not alias name!
    struct addrinfo    *ai_next; //next in list
} 

• getaddrinfo 函数通过主机名或服务名或两者一起查询对应的网络地址信息，存储在 addrinfo 链表结构中，若查询出错，不能使用 perror 或 strerror 生成错误信息，需要使用 gai_strerror
  • *hints 参数用于设定过滤条件，可以设定字段： ai_flags / ai_family / ai_socktype / ai_protocol ，其余字段必须指定为 0 或 NULL
  • **res 参数用于存储查询结果
  • struct addrinfo 结构体
    • ai_flags(按位 '|' 组合，作用于 *hints 参数)
      
      • AI_CANONNAME：提供的查询依据是正规主机名称，不是别名
      • AI_NUMERICHOST：提供的主机名不是字符串，是点分样式的 IP 地址
      • AI_NUMERICSERV：提供的服务名不是字符串，是端口号
      • ...
    • ai_family：AF_UNIX / AF_INET / AF_INET6 ...
    • ai_socktype：SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM / SOCK_SEQPACKET ...
    • ai_protocol：IPPROTO_TCP / IPPROTO_UDP / IPPROTO_ICMP ...
    • ai_addrlen：地址长度
    • *ai_addr：指向 struct sockaddr 通用地址结构体的指针
    • *ai_canonname：正规主机名，非别名
    • *ai_next：指向下一个 addrinfo 结构体(如果有)
  • freeaddrinfo 函数用于释放 addrinfo 链表结构
• getnameinfo 函数将二进制网络地址信息转换成主机名或服务名，flags 可用标志如下：
  • NI_DGRAM：指定此标志将返回 datagram 对应的服务端口号，默认将返回 stream 对应的端口号，如某个服务 TCP / UDP 端口号不相同的情况
  • NI_NUMERICHOST：返回主机 IP 点分形式
  • NI_NUMERICSCOPE：针地 IPv6 返回范围 ID 的数字形式，而非名字
  • NI_NUMERICSERV：返回服务的端口号，而非名称

[e] bind

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len); //成功返回 0，出错返回 -1 

/*通用地址结构*/
struct sockaddr {
    sa_family_t    sa_family;
    char    sa_data[14];
    unsigned char    sa_len; //FreeBSD only!
}
/*AF_UNIX 地址结构*/
struct sockaddr_un {
    sa_family_t    sun_family; //AF_UNIX
    char    sun_path[104]; //For Linux: sun_path[108]
    unsigned char   sun_len; //FreeBSD only! sockaddr len including null
}
/*AF_INET 地址结构*/
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sun_family;
    in_port_t    sin_port;
    struct in_addr    sin_addr; //IPv4 address;
    unsigned char    sin_zero[8]; //Linux only! must fill with 0
}
struct in_addr {
    in_addr_t    s_addr;
} 

• 在服务器端，bind 函数用于将 addr 与 sockfd 关联在一起，若 addr 指定为 INADDR_ANY，表示此套接字可以接收当前系统所安装的任何一个网卡的数据包
• socklen_t 类型字段可使用常量 INET_ADDRSTRLEN / INET6_ADDRSTRLEN 指定恰当的空间大小(长度)存放代表 IPv4 与 IPv6 地址的字符串

[f] getsockname / getpeername

#include <sys/socket.h>
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp)
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp)
//成功返回 0，出错返回 -1 

• getsockname 函数用于查询与 sockfd 关联的本机地址，getpeername 用于查询与 sockfd 关联的对端主机地址(前提是已建立连接)  

[g] listen

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog) //成功返回 0，出错返回 -1 

• 调用 listen 函数后，服务器才能被连接
• 用于创建监听队列，backlog 参数指定了队列长度，表示可同时接受的连接请求最大数量

[h] accept

#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp) //成功返回实际与客户端建立连接的新 sockfd，出错返回 -1 

• 传递给 accept 的原始 sockfd 并没有与客户端连接，而是继续用于接收其它连接请求
• addr 参数用于存放配对的客户端 sockfd 地址，函数返回时，将把 alenp 的值更新为客户端地址的实际长度

[i] connect

#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len) //成功返回 0，出错返回 -1 

• 处理面向连接的网络服务(SOCK_STREAM / SOCK_SEQPACKET)，在开始交换数据之前，需要首先建立连接
• 通常客户端调用 connect 发起与服务器的连接，addr 参数指定要连接的服务器地址
• 若先前创建 sockfd 时未绑定一个本机地址，此时 connect 会自动给 sockfd 绑定一个默认地址
• 可用于 SOCK_DGRAM，此时传送报文的目标地址会设置成 addr，之后每次传送报文时不再需要提供地址，同时，也仅能接收来 addr 的报文

[j] send / sendto / sendmsg

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen)
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags)
//成功返回送出的字节数，出错返回 -1 

• send 成功返回，表示数据已发送到网络上，不代表连接的另一端已收到数据，通常用于面向连接的套接字(除非事先调用 connect 指定了无连接套接字的目标地址)，对于支持报文件边界的协议，若尝试发送的单个报文长度超过协议所支持的最大长度，将出错返回
• 除 flags 参数外，其余参数与 write 相同，flags 可用标志：
  • MSG_DONTWAIT：非阻塞传输，意同 O_NONBLOCK
  • MSG_DONTROUTE：勿将数据包路由出本地网络
  • MSG_NOSIGNAL：在写无连接的套接字时，不产生 SIGPIPE 信号
  • MSG_OOB：发送带外数据(即优先传送数据，不排队，须协议支持)
  • MSG_EOR ：如果协议支持，标记记录结结束
• sendto 与 send 类似，多出的两个参数用于指定目标地址和长度，主要用于无连接套接字
• sendmsg 行为类似于 writev

[k] recv / recvfrom / recvmsg

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags) 

• flags：
  • MSG_DONTWAIT：非阻塞
  • MSG_OOB：若协议支持，获取带外数据
  • MSG_PEEK：返回数据包内容，但不真正取走数据
  • MSG_WAITALL：针对 SOCK_STREAM 等待所有的数据可用时再返回

[l] setsocketopt / getsocketopt

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int s, int level, int optname, void * restrict optval, socklen_t * restrict optlen)
int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen) 

• level：
  • SOL_SOCKET：表示将设置通用选项
  • IPPROTO_TCP：TCP 协议特定选项
  • IPPROTO_IP：IP 协议特定选项
  • ...
• option：
  • SO_DEBUG enables recording of debugging information
  • SO_REUSEADDR enables local address reuse
  • SO_REUSEPORT enables duplicate address and port bindings
  • SO_KEEPALIVE enables keep connections alive
  • SO_DONTROUTE enables routing bypass for outgoing messages
  • SO_LINGER linger on close if data present
  • SO_BROADCAST enables permission to transmit broadcast messages
  • SO_OOBINLINE enables reception of out-of-band data in band
  • SO_SNDBUF set buffer size for output
  • SO_RCVBUF set buffer size for input
  • SO_SNDLOWAT set minimum count for output
  • SO_RCVLOWAT set minimum count for input
  • SO_SNDTIMEO set timeout value for output
  • SO_RCVTIMEO set timeout value for input
  • SO_ACCEPTFILTER set accept filter on listening socket
  • SO_NOSIGPIPE controls generation of SIGPIPE for the socket
  • SO_TIMESTAMP enables reception of a timestamp with datagrams
  • SO_BINTIME enables reception of a timestamp with datagrams
  • SO_ACCEPTCONN get listening status of the socket (get only)
  • SO_TYPE get the type of the socket (get only)
  • SO_PROTOCOL get the protocol number for the socket (get only)
  • SO_PROTOTYPE SunOS alias for the Linux SO_PROTOCOL (get only)
  • SO_ERROR get and clear error on the socket (get only)
  • SO_SETFIB set the associated FIB (routing table) for the socket (set only)

[m] inet_addr / inet_ntoa

#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
char *inet_ntoa(struct in_addr in) //转换二进制地址为字符串形式
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp) //转换字符串地址为二进制地址(网络字节序)，结果写入 inp 指向的结构体 

• 仅能用于 IPv4，可使用 getaddrinfo 与 getnameinfo 实现