Linux网络编程

一些Linux网络编程的操作和姿势

Linux网络编程

字节序

字节序：字节在内存中存储的顺序

小端字节序：数据的高位字节存储在内存的高位地址，低位字节存储在内存的地位地址

大端字节序：数据的低位字节存储在内存的高位地址，高位字节存储在内存的地位地址

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// 通过代码检测当前主机的字节序

#include <stdio.h>
int main(){

    union {
        short value; // 2 字节
        char bytes[sizeof(short)]; // char[2]
    }test;

    test.value = 0x0102;
    if(test.bytes[0] == 1 && (test.bytes[1] == 2)){
        printf("大端序\n");
    }else if(test.bytes[0] == 2 && (test.bytes[1] == 1)){
        printf("小端序\n");
    }else{
        printf("未知\n");
    }

    return 0;
}

网络字节顺序是TCPIP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释，网络字节顺序采用大端排序方式。

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#include <arpa/inet.h>
// 转端口
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 主机->网络
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 网络->主机

// 转IP
uint32_t htol(uint32_t hostlong); // 主机->网络
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 网络->主机
示例程序 
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#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
int main(){

    // htons 转端口
    unsigned short a = 0x0102;
    printf("%04x\n", a);
    unsigned short b = htons(a);
    printf("%04x\n", b);

    printf("=================\n");

    // htonl 转IP
    char buf[4] = {192, 168, 1, 100};
    int num = *(int *)buf;
    int sum = htonl(num);
    unsigned char *p = (char *)&sum;
    printf("%d %d %d %d\n", *p, *(p+1), *(p+2), *(p+3));

    printf("=================\n");

    // ntohl
    unsigned char buf1[4] = {1, 1, 168, 192};
    int num1 = *(int *)buf1;
    int sum1 = ntohl(num1);
    unsigned char *p1 = (unsigned char *)&sum1;
    printf("%d %d %d %d\n", *p1, *(p1+1), *(p1+2), *(p1+3));

    return 0;
}

socket地址

socket地址是一个结构体，封装端口号和IP等信息，后面的socket相关的API中需要使用到这个socket地址。

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#include <bits/socket.h>
struct sockaddr{
    sa_family_t sa_family; // 地址族
    char      sa_data[14]; // 地址值（用于IPv4）
};
typedef unsigned short int sa_family_t; // 地址族类型
// 以上都太麻烦，应用时使用专用socket地址

struct sockaddr_storage{
    sa_family_t sa_family;
    unsigned long int __ss_align;
    char __ss_padding[ 128 - sizeof(__ss_align) ];
};
typedef unsigned short int sa_family_t;

专用socket地址

通常使用中采用如下专用socket地址格式，其中struct sockaddr_in最为常用。

专用socket地址

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#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;  /* __SOCKADDR_COMMON(sin_) */
    in_port_t sin_port;      /* Port number. */
    struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */
    /* Pad to size of `struct sockaddr'. */
    unsigned char sin_zero[sizeof(struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
                           sizeof(in_port_t) - sizeof(struct in_addr)];
};
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr;
};
struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t sin6_family;
    in_port_t sin6_port;       /* Transport layer port # */
    uint32_t sin6_flowinfo;    /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
    uint32_t sin6_scope_id;    /* IPv6 scope-id */
};
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int uint32_t;
typedef uint16_t in_port_t;
typedef uint32_t in_addr_t;
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof(unsigned short int))

所有专用 socket 地址（以及 sockaddr_storage）类型的变量在实际使用时都需要转化为通用 socket 地址类型 sockaddr（强制转化即可），因为所有 socket 编程接口使用的地址参数类型都是 sockaddr。

IP地址转换（字符串ip-整数，主机、网络字节序转换）

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#include <arpa/inet.h>
// p:点分十进制的IP字符串，n:表示network，网络字节序的整数
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
    af: 地址族： AF_INET AF_INET6
    src: 需要转换的点分十进制的IP字符串
    dst: 传出参数，转换后的结果保存在这个里面

// 将网络字节序的整数，转换成点分十进制的IP地址字符串
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
    af:地址族： AF_INET AF_INET6
    src: 要转换的ip的整数的地址
    dst: 转换成IP地址字符串保存的地方
    size：第三个参数的大小（数组的大小）
    返回值：返回转换后的数据的地址（字符串），和 dst 是一样的

套接字函数

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h> // 包含了这个头文件，上面两个就可以省略
int socket(int domain, int type, int protocol);
	- 功能：创建一个套接字
	- 参数：
		- domain: 协议族
			AF_INET : ipv4
			AF_INET6 : ipv6
			AF_UNIX, AF_LOCAL : 本地套接字通信（进程间通信）
		- type: 通信过程中使用的协议类型
			SOCK_STREAM : 流式协议
			SOCK_DGRAM : 报式协议
		- protocol : 具体的一个协议。一般写0
			- SOCK_STREAM : 流式协议默认使用 TCP
			- SOCK_DGRAM : 报式协议默认使用 UDP
	- 返回值：
		- 成功：返回文件描述符，操作的就是内核缓冲区。
		- 失败：-1

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // socket命
名
	- 功能：绑定，将fd 和本地的IP + 端口进行绑定
	- 参数：
		- sockfd : 通过socket函数得到的文件描述符
		- addr : 需要绑定的socket地址，这个地址封装了ip和端口号的信息
		- addrlen : 第二个参数结构体占的内存大小
            
int listen(int sockfd, int backlog); // /proc/sys/net/core/somaxconn
	- 功能：监听这个socket上的连接
	- 参数：
		- sockfd : 通过socket()函数得到的文件描述符
		- backlog : 未连接的和已经连接的和的最大值， 5
            
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
	- 功能：接收客户端连接，默认是一个阻塞的函数，阻塞等待客户端连接
	- 参数：
		- sockfd : 用于监听的文件描述符
		- addr : 传出参数，记录了连接成功后客户端的地址信息（ip，port）
		- addrlen : 指定第二个参数的对应的内存大小
	- 返回值：
		- 成功 ：用于通信的文件描述符
		- -1 ： 失败
            
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
	- 功能： 客户端连接服务器
	- 参数：
		- sockfd : 用于通信的文件描述符
		- addr : 客户端要连接的服务器的地址信息
		- addrlen : 第二个参数的内存大小
	- 返回值：成功 0， 失败 -1
            
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); // 写数据

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); // 读数据

TCP通信并发

要实现TCP通信服务器并发的任务，使用多线程/多进程来解决。

思路：

  • 一个父进程，多个子进程
  • 父进程负责等待并接收客户端连接
  • 子进程：完成通信，接受一个客户端连接，就创建一个子进程用于通信

详细代码参考我的github：linux_learn/socket at main · b4158813/linux_learn (github.com)

半关闭 & 端口复用

半关闭

当 TCP 链接中 A 向 B 发送 FIN 请求关闭，另一端 B 回应 ACK 之后（A 端进入 FIN_WAIT_2 状态），并没有立即发送 FIN 给 A，A 方处于半连接状态（半开关），此时 A 可以接收 B 发 送的数据，但是 A 已经不能再向 B 发送数据。

从程序的角度，可以使用 API 来控制实现半连接状态：

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#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
sockfd: 需要关闭的socket的描述符
how: 允许为shutdown操作选择以下几种方式:
	SHUT_RD(0)： 关闭sockfd上的读功能，此选项将不允许sockfd进行读操作。
				该套接字不再接收数据，任何当前在套接字接受缓冲区的数据将被无声的丢弃掉。
	SHUT_WR(1): 关闭sockfd的写功能，此选项将不允许sockfd进行写操作。进程不能在对此套接字发出写操作。
	SHUT_RDWR(2):关闭sockfd的读写功能。相当于调用shutdown两次：首先是以SHUT_RD,然后以SHUT_WR。

使用 close 中止一个连接，但它只是减少描述符的引用计数，并不直接关闭连接，只有当描述符的引用 计数为 0 时才关闭连接。shutdown 不考虑描述符的引用计数，直接关闭描述符。也可选择中止一个方 向的连接，只中止读或只中止写。

注意:

  1. 如果有多个进程共享一个套接字，close 每被调用一次，计数减 1 ，直到计数为 0 时，也就是所用 进程都调用了 close，套接字将被释放。
  2. 在多进程中如果一个进程调用了 shutdown(sfd, SHUT_RDWR) 后，其它的进程将无法进行通信。 但如果一个进程 close(sfd) 将不会影响到其它进程。

端口复用

端口复用最常用的用途是:

  • 防止服务器重启时之前绑定的端口还未释放
  • 程序突然退出而系统没有释放端口
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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 设置套接字属性（不仅仅设置端口复用）
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
	参数：
        - sockfd : 要操作的文件描述符
        - level : 级别，SOL_SOCKET（端口复用的级别）
        - optname : 选项的名称
            - SO_REUSEADDR
            - SO_REUSEPORT
        - optval : 端口复用的值（整形）
            - 1 : 可以复用
            - 0 : 不可以复用
        - optlen : optval参数的大小
          
端口复用，设置的时机是在服务器绑定端口之前。
setsockopt()
bind()

查看网络相关信息的命令：

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netstat
参数：
	-a 所有的socket
	-p 显示正在使用socket的程序的名称
	-n 直接使用IP地址，而不通过域名服务器

I/O多路复用（多路转接）

I/O多路复用能使得程序能同时监听多个文件描述符，能够提高程序性能，Linux下实现I/O多路复用的系统调用主要有 select, poll, epoll

Blocking IO模型

NIO 模型

select

主旨思想：

  1. 首先要构造一个关于文件描述符的列表，将要监听的文件描述符添加到该列表中。

  2. 调用一个系统函数，监听该列表中的文件描述符，直到这些描述符中的一个或者多个进行I/O 操作时，该函数才返回。

    a. 这个函数是阻塞

    b. 函数对文件描述符的检测的操作是由内核完成的

  1. 在返回时，它会告诉进程有多少（哪些）描述符要进行I/O操作。
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// sizeof(fd_set) = 128 1024
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
	- 参数：
		- nfds : 委托内核检测的最大文件描述符的值 + 1
		- readfds : 要检测的文件描述符的读的集合，委托内核检测哪些文件描述符的读的属性
			- 一般检测读操作
			- 对应的是对方发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的就是读缓冲区
			- 是一个传入传出参数
		- writefds : 要检测的文件描述符的写的集合，委托内核检测哪些文件描述符的写的属性
			- 委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满的就可以写）
		- exceptfds : 检测发生异常的文件描述符的集合
		- timeout : 设置的超时时间 
            struct timeval {
                long tv_sec; /* seconds */
                long tv_usec; /* microseconds */
            };
            - NULL : 永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化
            - tv_sec = 0 tv_usec = 0， 不阻塞
            - tv_sec > 0 tv_usec > 0， 阻塞对应的时间
        - 返回值 :
            - -1 : 失败
            - >0(n) : 检测的集合中有n个文件描述符发生了变化
            
// 将参数文件描述符fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

// 判断fd对应的标志位是0还是1， 返回值 ： fd对应的标志位的值，0，返回0， 1，返回1
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

// 将参数文件描述符fd 对应的标志位，设置为1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);

// fd_set一共有1024 bit, 全部初始化为0
void FD_ZERO(fd_set *set);

select缺点：

  1. 每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
  2. 同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大 (O(n)遍历)
  3. select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024
  4. fds集合不能重用，每次都需要重置
select 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>

int main(){

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 创建一个fd_set的集合，存放的是需要检测的文件描述符
    fd_set rdset, tmp;
    FD_ZERO(&rdset);
    FD_SET(lfd, &rdset);
    int maxfd = lfd;
    printf("maxfd = %d\n", maxfd);

    while(1){

        tmp = rdset;

        // 调用select系统函数，让内核帮检测哪些文件描述符有数据
        int ret = select(maxfd + 1, &tmp, NULL, NULL, NULL);
        if(ret == -1){
            perror("select");
            exit(-1);
        }else if(ret == 0){
            continue;
        }else if(ret > 0){
            // 说明检测到了有文件描述符对应的缓冲区的数据发生了改变
            if(FD_ISSET(lfd, &tmp)){
                // 表示有新的客户端连接进来
                struct sockaddr_in caddr;
                int len = sizeof(caddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);

                // 将新的文件描述符加入到集合中
                FD_SET(cfd, &rdset);

                // 更新最大的文件描述符
                maxfd = maxfd > cfd ? maxfd : cfd;
            }

            for(int i = lfd + 1; i <= maxfd; ++ i){
                if(FD_ISSET(i, &tmp)){
                    // 说明这个文件描述符对应客户端发送了数据
                    char buf[1024] = {0};
                    int len = read(i, buf, sizeof buf);
                    if(len == -1){
                        perror("read");
                        exit(-1);
                    }else if(len == 0){
                        printf("client closed...\n");
                        close(i);
                        FD_CLR(i, &rdset);
                    }else if(len > 0){
                        printf("read buf = %s\n", buf);
                        write(i, buf, strlen(buf) + 1);
                    }
                }
            }
        }
    }

    close(lfd);



    return 0;
}

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#include <poll.h>
struct pollfd {
    int fd; /* 委托内核检测的文件描述符 */
    short events; /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */
    short revents; /* 文件描述符实际发生的事件 */
};
struct pollfd myfd;
myfd.fd = 5;
myfd.events = POLLIN | POLLOUT;
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
	- 参数：
		- fds : 是一个struct pollfd 结构体数组，这是一个需要检测的文件描述符的集合
		- nfds : 这个是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1
		- timeout : 阻塞时长
			- 0 : 不阻塞
			- 1 : 阻塞，当检测到需要检测的文件描述符有变化，解除阻塞
			- > 0 : 阻塞的时长
	- 返回值：
		-1 : 失败
		>0（n） : 成功,n表示检测到集合中有n个文件描述符发生变化

poll宏值

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#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>

int main(){

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 初始化检测的文件描述符数组
    struct pollfd fds[1024];
    for(int i = 0; i < 1024; ++ i){
        fds[i].fd = -1;
        fds[i].events = POLLIN;
    }
    fds[0].fd = lfd;
    int nfds = 0;
    
    while(1){

        // 调用poll系统函数，让内核帮检测哪些文件描述符有数据
        int ret = poll(fds, nfds + 1, -1);
        if(ret == -1){
            perror("select");
            exit(-1);
        }else if(ret == 0){
            continue;
        }else if(ret > 0){
            // 说明检测到了有文件描述符对应的缓冲区的数据发生了改变
            if(fds[0].revents & POLLIN){
                // 表示有新的客户端连接进来
                struct sockaddr_in caddr;
                int len = sizeof(caddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
                char cip[16];
                inet_ntop(AF_INET, &caddr.sin_addr.s_addr, cip, sizeof cip);
                unsigned short cport = ntohs(caddr.sin_port);
                printf("new request accepted, IP = %s, port = %d\n", cip, cport);
                // 将新的文件描述符加入到集合中
                for(int i = 1; i < 1024; ++ i){
                    if(fds[i].fd == -1){
                        fds[i].fd = cfd;
                        fds[i].events = POLLIN;
                        break;
                    }
                }

                // 更新最大的文件描述符
                nfds = nfds > cfd ? nfds : cfd;
            }

            for(int i = 1; i <= nfds; ++ i){
                if(fds[i].revents & POLLIN){
                    // 说明这个文件描述符对应客户端发送了数据
                    char buf[1024] = {0};
                    int len = read(fds[i].fd, buf, sizeof buf);
                    if(len == -1){
                        perror("read");
                        exit(-1);
                    }else if(len == 0){
                        printf("client closed...\n");
                        close(fds[i].fd);
                        fds[i].fd = -1;
                    }else if(len > 0){
                        printf("read buf = %s\n", buf);
                        write(fds[i].fd, buf, strlen(buf) + 1);
                    }
                }
            }
        }
    }

    close(lfd);

    return 0;
}

epoll

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#include <sys/epoll.h>

// 创建一个新的epoll实例。在内核中创建了一个数据，这个数据中有两个比较重要的数据，一个是需要检测的文件描述符的信息（红黑树），还有一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息（双向链表）。
int epoll_create(int size);
	- 参数：
		size : 目前没有意义了。随便写一个数，必须大于0
	- 返回值：
		-1 : 失败
		> 0 : 文件描述符，操作epoll实例的
            
typedef union epoll_data {
	void     *ptr;
	int       fd;
	uint32_t  u32;
	uint64_t  u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
	uint32_t events;   /* Epoll events */
	epoll_data_t data; /* User data variable */
};

常见的Epoll检测事件：
	- EPOLLIN
	- EPOLLOUT
	- EPOLLERR
    ...
    
// 对epoll实例进行管理：添加文件描述符信息，删除信息，修改信息
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
	- 参数：
		- epfd : epoll实例对应的文件描述符
		- op : 要进行什么操作
			EPOLL_CTL_ADD: 添加
			EPOLL_CTL_MOD: 修改
			EPOLL_CTL_DEL: 删除
		- fd : 要检测的文件描述符
		- event : 检测文件描述符什么事情
            
// 检测函数
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
	- 参数：
		- epfd : epoll实例对应的文件描述符
		- events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息
		- maxevents : 第二个参数结构体数组的大小
		- timeout : 阻塞时间
			- 0 : 不阻塞
			- -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞
			- > 0 : 阻塞的时长（毫秒）
	- 返回值：
		- 成功，返回发生变化的文件描述符的个数 > 0
		- 失败 -1
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#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>

int main(){

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 用epoll_create()创建一个epoll实例
    int epfd = epoll_create(100);

    // 将监听的文件描述符相关检测信息添加到epoll实例中
    struct epoll_event epev;
    epev.events = EPOLLIN;
    epev.data.fd = lfd;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);

    struct epoll_event epevs[1024];

    while(1){

        int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
        if(ret == -1){
            perror("epoll_wait");
            exit(-1);
        }

        printf("res = %d\n", ret);

        for(int i = 0; i < ret; ++ i){
            int curfd = epevs[i].data.fd;
            if(curfd == lfd){
                // 监听文件描述符有客户端连接
                struct sockaddr_in caddr;
                int len = sizeof(caddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);

                epev.events = EPOLLIN;
                epev.data.fd = cfd;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
            }else{
                // 最好对每一种事件做特定处理
                if(epevs[i].events & EPOLLOUT){
                    continue;
                }
                // 有数据到达，需要通信
                char buf[1024] = {0};
                int len = read(curfd, buf, sizeof buf);
                if(len == -1){
                    perror("read");
                    exit(-1);
                }else if(len == 0){
                    printf("client closed...\n");
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);
                    close(curfd);
                }else if(len > 0){
                    printf("read buf = %s\n", buf);
                    write(curfd, buf, strlen(buf) + 1);
                }
            }
        }
    }

    close(lfd);
    close(epfd);


    return 0;
}

epoll的工作模式

  • LT模式（水平触发）

    假设委托内核检测读事件 => 检测到fd的读缓冲区

    ​ 读缓冲区有数据 => epoll检测到了会给用户通知

    ​ a. 用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll会一直通知

    ​ b. 用户只读了一部分数据，epoll也会继续通知

    ​ c. 缓冲区的数据读完了，epoll不通知

LT（level - triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 no-block socket。在这 种做中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。

  • ET模式（边沿触发）

    假设委托内核检测读事件 => 检测到fd的读缓冲区

    ​ 读缓冲区有数据 => epoll检测到了会给用户通知

    ​ a. 用户不读数据，数据一直在缓冲区中，epoll下次检测时不通知

    ​ b. 用户读了一部分数据，epoll下一次也不会通知

    ​ c. 缓冲区的数据读完了，epoll不通知

ET（edge - triggered）是高速工作方式，只支持 no-block socket。在这种模式下，当描述 符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪， 并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述 符不再为就绪状态了。但是请注意，如果一直不对这个 fd 作 IO 操作（从而导致它再次变成 未就绪），内核不会发送更多的通知（only once）。

ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数，因此效率要比 LT 模式高。epoll 工作在 ET 模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写 操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

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struct epoll_event {
	uint32_t events; /* Epoll events */
	epoll_data_t data; /* User data variable */
};
常见的Epoll检测事件：
	- EPOLLIN
	- EPOLLOUT
	- EPOLLERR
	- EPOLLET
LT模式 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>

int main(){

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 用epoll_create()创建一个epoll实例
    int epfd = epoll_create(100);

    // 将监听的文件描述符相关检测信息添加到epoll实例中
    struct epoll_event epev;
    epev.events = EPOLLIN;
    epev.data.fd = lfd;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);

    struct epoll_event epevs[1024];

    while(1){

        int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
        if(ret == -1){
            perror("epoll_wait");
            exit(-1);
        }

        printf("res = %d\n", ret);

        for(int i = 0; i < ret; ++ i){
            int curfd = epevs[i].data.fd;
            if(curfd == lfd){
                // 监听文件描述符有客户端连接
                struct sockaddr_in caddr;
                int len = sizeof(caddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);

                epev.events = EPOLLIN;
                epev.data.fd = cfd;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
            }else{
                // 最好对每一种事件做特定处理
                if(epevs[i].events & EPOLLOUT){
                    continue;
                }
                // 有数据到达，需要通信
                char buf[5] = {0};
                int len = read(curfd, buf, sizeof buf);
                if(len == -1){
                    perror("read");
                    exit(-1);
                }else if(len == 0){
                    printf("client closed...\n");
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);
                    close(curfd);
                }else if(len > 0){
                    printf("read buf = %s\n", buf);
                    write(curfd, buf, strlen(buf) + 1);
                }
            }
        }
    }

    close(lfd);
    close(epfd);


    return 0;
}
ET模式 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

int main(){

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 用epoll_create()创建一个epoll实例
    int epfd = epoll_create(100);

    // 将监听的文件描述符相关检测信息添加到epoll实例中
    struct epoll_event epev;
    epev.events = EPOLLIN;
    epev.data.fd = lfd;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);

    struct epoll_event epevs[1024];

    while(1){

        int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
        if(ret == -1){
            perror("epoll_wait");
            exit(-1);
        }

        printf("res = %d\n", ret);

        for(int i = 0; i < ret; ++ i){
            int curfd = epevs[i].data.fd;
            if(curfd == lfd){
                // 监听文件描述符有客户端连接
                struct sockaddr_in caddr;
                int len = sizeof(caddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);

                // 设置cfd属性非阻塞
                int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
                flag |= O_NONBLOCK;
                fcntl(cfd, F_SETFL, flag);

                epev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 设置边沿触发
                epev.data.fd = cfd;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
            }else{
                // 最好对每一种事件做特定处理
                if(epevs[i].events & EPOLLOUT){
                    continue;
                }

                /* 
                    ET模式不可以使用如下方法

                // 有数据到达，需要通信
                char buf[5] = {0};
                int len = read(curfd, buf, sizeof buf);
                if(len == -1){
                    perror("read");
                    exit(-1);
                }else if(len == 0){
                    printf("client closed...\n");
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);
                    close(curfd);
                }else if(len > 0){
                    printf("read buf = %s\n", buf);
                    write(curfd, buf, strlen(buf) + 1);
                }
                */

                // 一次性读取出所有数据（循环读取）
                char buf[5];
                int len = 0;
                while((len = read(curfd, buf, sizeof(buf))) > 0){
                    // 打印数据
                    printf("recv data : %s\n", buf);
                    write(curfd, buf, len);
                }

                if(len == 0){
                    printf("client closed...\n");
                }else if(len == -1){
                    if(errno == EAGAIN){
                        printf("data over...\n");
                    }else{
                        perror("read");
                        exit(-1);
                    }
                }
            }
        }
    }

    close(lfd);
    close(epfd);


    return 0;
}

UDP通信实现

UDP通信流程

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
	- 参数：
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 要发送的数据
		- len : 发送数据的长度
		- flags : 0
		- dest_addr : 通信的另外一端的地址信息
		- addrlen : 地址的内存大小
            
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
	- 参数：
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 接收数据的数组
		- len : 数组的大小
		- flags : 0
		- src_addr : 用来保存另外一端的地址信息，不需要可以指定为NULL
		- addrlen : 地址的内存大小
UDP 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 绑定
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof saddr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 通信
    while(1){
        
        char recvbuf[128];
        struct sockaddr_in caddr;
        int len = sizeof caddr;
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof recvbuf, 0, (struct sockaddr *)&caddr, &len);

        char ipbuf[16];
        printf("client IP: %s, Port: %d\n",
            inet_ntop(AF_INET, &caddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof ipbuf),
            ntohs(caddr.sin_port)
        );

        printf("client say: %s\n", recvbuf);

        // 发送数据
        sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&caddr, sizeof caddr);

    }

    close(fd);

    return 0;
}
UDP 客户端 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "172.18.0.1",  &saddr.sin_addr.s_addr);

    // 通信
    int num = 0;
    while(1){
        
        // 发送数据
        char sendbuf[128];
        sprintf(sendbuf, "hello, I am client %d\n", num++);
        sendto(fd, sendbuf, strlen(sendbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof saddr);
        
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, sendbuf, sizeof sendbuf, 0, NULL, NULL);

        printf("server say: %s\n", sendbuf);

        sleep(1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

广播

向子网中多台计算机发送消息，并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息，每个广 播消息都包含一个特殊的IP地址，这个IP中子网内主机标志部分的二进制全部为1。

a.只能在局域网中使用。

b.客户端需要绑定服务器广播使用的端口，才可以接收到广播消息。

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// 设置广播属性的函数
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t
optlen);
	- sockfd : 文件描述符
	- level : SOL_SOCKET
	- optname : SO_BROADCAST
	- optval : int类型的值，为1表示允许广播
	- optlen : optval的大小
广播 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }


    // 设置广播属性
    int op = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof op);
    // 创建一个广播地址
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "172.18.255.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 通信
    int num = 0;
    while(1){
        
        char sendbuf[128];
        sprintf(sendbuf, "hello, client... %d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendbuf, strlen(sendbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof cliaddr);
        printf("广播的数据：%s\n", sendbuf);
        sleep(1);

    }

    close(fd);

    return 0;
}
广播 客户端 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 通信
    while(1){
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof buf, 0, NULL, NULL);

        printf("server say: %s\n", buf);
        
    }

    close(fd);

    return 0;
}

组播（多播）

单播地址标识单个 IP 接口，广播地址标识某个子网的所有 IP 接口，多播地址标识一组 IP 接口。 单播和广播是寻址方案的两个极端（要么单个要么全部），多播则意在两者之间提供一种折中方 案。多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收，也就是说由运行相应多播会话应用系统的主机上 的接口接收。另外，广播一般局限于局域网内使用，而多播则既可以用于局域网，也可以跨广域网使用。

a.组播既可以用于局域网，也可以用于广域网

b.客户端需要加入多播组，才能接收到多播的数据

多播 示意图

组播地址

IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它的范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255 ， 并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类

多播地址

设置组播：

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int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
	// 服务器设置多播的信息，外出接口
    2. 本地套接字
    本地套接字的作用：本地的进程间通信
    有关系的进程间的通信
    没有关系的进程间的通信
    本地套接字实现流程和网络套接字类似，一般呢采用TCP的通信流程。
    - level : IPPROTO_IP
    - optname : IP_MULTICAST_IF
    - optval : struct in_addr
    // 客户端加入到多播组：
    - level : IPPROTO_IP
    - optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
    - optval : struct ip_mreq
        
struct ip_mreq
{
    /* IP multicast address of group. */
    struct in_addr imr_multiaddr; // 组播的IP地址
    /* Local IP address of interface. */
    struct in_addr imr_interface; // 本地的IP地址
};

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr{
	in_addr_t s_addr;
};

多播 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }


    // 设置多播的属性，设置外出接口
    struct in_addr imr_multiaddr;
    // 初始化多播地址
    inet_pton(fd, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof imr_multiaddr);
    
    // 初始化客户端的地址信息
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 通信
    int num = 0;
    while(1){
        
        char sendbuf[128];
        sprintf(sendbuf, "hello, client... %d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendbuf, strlen(sendbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof cliaddr);
        printf("多播的数据：%s\n", sendbuf);
        sleep(1);

    }

    close(fd);

    return 0;
}
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(){

    // 创建udp通信socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    struct ip_mreq op;
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);
    op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
    // 加入到多播组
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof op);

    // 通信
    while(1){
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof buf, 0, NULL, NULL);

        printf("server say: %s\n", buf);
        
    }

    close(fd);

    return 0;
}

本地套接字

本地套接字的作用：本地的进程间通信

​ 有关系的进程间的通信

​ 没有关系的进程间的通信

本地套接字实现流程和网络套接字类似，一般采用TCP的通信流程。

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// 本地套接字通信的流程 - tcp

// 服务器端
1. 创建监听的套接字
	int lfd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);

2. 监听的套接字绑定本地的套接字文件 -> server端
    struct sockaddr_un addr;
    // 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
    bind(lfd, addr, len);

3. 监听
	listen(lfd, 100);

4. 等待并接受连接请求
    struct sockaddr_un cliaddr;
    int cfd = accept(lfd, &cliaddr, len);

5. 通信
    接收数据：read/recv
	发送数据：write/send
    
6. 关闭连接
	close();


// 客户端
1. 创建通信的套接字
	int fd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);

2. 监听的套接字绑定本地的IP 端口
    struct sockaddr_un addr;
    // 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
    bind(lfd, addr, len);

3. 连接服务器
    struct sockaddr_un serveraddr;
    connect(fd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));

4. 通信
    接收数据：read/recv
    发送数据：write/send
    
5. 关闭连接
	close();
本地套接字通信 服务端 
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main(){

    // 每次运行前清空套接字文件
    unlink("server.sock");

    // 创建监听套接字
    int lfd = socket(PF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if(lfd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }
    
    // 绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(addr.sun_path, "server.sock");
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 监听
    ret = listen(lfd, 100);
    if(ret == -1){
        perror("listen");
        exit(-1);
    }

    // 等待客户端连接
    struct sockaddr_un caddr;
    int len = sizeof caddr;
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
    if(cfd == -1){
        perror("accept");
        exit(-1);
    }

    printf("client socket filename: %s\n", caddr.sun_path);

    // 通信
    while(1){

        char buf[128];
        int len = recv(cfd, buf, sizeof buf, 0);
        if(len == -1){
            perror("recv");
            exit(-1);
        }else if(len == 0){
            printf("client closed...\n");
            break;
        }else if(len > 0){
            printf("client say: %s\n", buf);
            send(cfd, buf, len, 0);
        }

    }

    close(cfd);
    close(lfd);

    return 0;
}
本地套接字通信 客户端 
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main(){

   	// 每次运行前清空套接字文件
    unlink("client.sock");

    // 1. 创建套接字
    int cfd = socket(PF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if(cfd == -1){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }
    
    // 2. 绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(addr.sun_path, "client.sock");
    int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3. 连接服务器
    struct sockaddr_un saddr;
    saddr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(saddr.sun_path, "server.sock");
    ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof saddr);
    if(ret == -1){
        perror("connect");
        exit(-1);
    }

    printf("server socket filename: %s\n", saddr.sun_path);

    // 通信
    int num = 0;
    while(1){

        char buf[128];
        sprintf(buf, "hello, I am client %d\n", num++);
        send(cfd, buf, strlen(buf) + 1, 0);
        printf("client say: %s\n", buf);
        int len = recv(cfd, buf, sizeof buf, 0);
        if(len == -1){
            perror("send");
            exit(-1);
        }else if(len == 0){
            printf("server closed...\n");
            break;
        }else if(len > 0){
            printf("server say: %s\n", buf);
        }

        sleep(1);
    }

    close(cfd);

    return 0;
}