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[操作系统]基于TCP的网络编程


  HTTP协议,FTP协议等很多广泛应用的协议均基于TCP协议。TCP编程主要为C/S模式,客户端和服务器之间的程序设计存在较大差异。

编程流程

  服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后,调用accept()阻塞等待,处于监听端口的状态,客户端调用socket()初始化后,调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答,服务器应答一个SYN-ACK段,客户端收到后从connect()返回,同时应答一个ACK段,服务器收到后从accept()返回。  

  建立连接后,TCP协议提供全双工的通信服务,但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求,服务器被动处理请求,一问一答的方式。因此,服务器从accept()返回后立刻调用read(),读socket就像读管道一样,如果没有数据到达就阻塞等待,这时客户端调用write()发送请求给服务器,服务器收到后从read()返回,对客户端的请求进行处理,在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答,服务器调用write()将处理结果发回给客户端,再次调用read()阻塞等待下一条请求,客户端收到后从read()返回,发送下一条请求,如此循环下去。

  如果客户端没有更多的请求了,就调用close()关闭连接,就像写端关闭的管道一样,服务器的read()返回0(表明收到FIN段),这样服务器就知道客户端关闭了连接,也调用close()关闭连接。注意,任何一方调用close()后,连接的两个传输方向都关闭,不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态,仍可接收对方发来的数据。

API函数

  这些socket API函数都在sys/socket.h中。

socket

  原型:int socket(int family, int type, int protocol);  

  socket()打开一个网络通讯端口,如果成功的话,就像open()一样返回一个文件描述符,应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据,如果socket()调用出错则返回-1。

bind

  原型:int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

  bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起,使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听myaddr所描述的地址和端口号。

listen

  原型:int listen(int sockfd, int backlog);

  listen()声明sockfd处于监听状态,并且最多允许有backlog个客户端处于连接等待状态,如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0,失败返回-1。

accept

  原型:int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

  服务器调用accept()接受连接,如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求,就阻塞等待直到有客户端连接上来。cliaddr是一个传出参数,accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen参数是一个传入传出参数(value-result argument),传入的是调用者提供的缓冲区cliaddr的长度以避免缓冲区溢出问题,传出的是客户端地址结构体的实际长度(有可能没有占满调用者提供的缓冲区)。如果给cliaddr参数传NULL,表示不关心客户端的地址。

connect

  原型:int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

  客户端需要调用connect()连接服务器,connect和bind的参数形式一致,区别在于bind的参数是自己的地址,而connect的参数是对方的地址。connect()成功返回0,出错返回-1。

write

  对套接字进行写入的形式和过程与普通文件的操作方式一致,内核会根据文件描述符的值来查找所对应的属性,当为套接字的时候,会调用相应的内核函数。

read

  与写入数据类似,使用read()函数可以从套接字描述符中读取数据。

close

  close()关闭已经打开的socket连接,内核会释放相关的资源。