概述

套接字通信是在Linux系统中实现进程间通信（IPC）的一种方式，它可以在同一主机或不同主机上的进程之间传递数据。在本文中，我们将介绍套接字通信的基本概念、实现方法和常见应用场景，并提供相应的代码示例，以便初学者可以快速掌握该技术。

套接字通信基础

套接字类型

在Linux系统中，有两种类型的套接字：流式套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。

流式套接字提供一个面向连接的、可靠的、基于字节流的双向数据传输通道。它通过TCP协议实现，支持数据传输的顺序和完整性保证。
数据报套接字提供无连接的、不可靠的、基于数据报的双向数据传输通道。它通过UDP协议实现，适用于数据量较小的通信场景。
地址族
套接字通信还需要使用地址族来指定网络地址和端口号。常用的地址族有IPv4（AF_INET）和IPv6（AF_INET6）。

socket模型创建流程分析

在这里插入图片描述

套接字创建socket()

套接字的创建可以通过socket()系统调用完成。其基本语法如下：

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

参数说明：

domain：地址族，可以是AF_INET或AF_INET6，AF_UNIX。
type：套接字类型，可以是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。
protocol：协议，可以是IPPROTO_TCP或IPPROTO_UDP。如果指定为0，系统会根据type自动选择默认协议。
成功创建套接字后，返回一个非负整数的文件描述符，
失败时返回-1。

套接字绑定bind()

套接字的绑定可以通过bind()系统调用完成。其基本语法如下：

`

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

参数说明：

sockfd：套接字文件描述符。
addr：指向要绑定的本地地址的结构体指针，类型为sockaddr_in或sockaddr_in6。
addrlen：本地地址结构体的长度，通常是sizeof(sockaddr_in)或sizeof(sockaddr_in6)。

套接字监听listen()

如果需要在流式套接字上接受连接请求，需要先将套接字设置为监听状态。这可以通过listen()系统调用完成。listen可以设置同时与服务器建立连接的上限数。（同时进行3次握手的客户端数量）
其基本语法如下：

#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明：

sockfd：套接字文件描述符。
backlog：指定等待连接的队列长度。

套接字接受连接请求accept

在流式套接字上监听到连接请求后，可以使用accept()系统调用接受连接请求，创建一个新的套接字用于和客户端进行通信。故一次通信至少有三个套接字，创建完后accept返回继续监听请求（深藏功与名）
其基本语法如下：

#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明：

sockfd：套接字文件描述符。
addr：指向存放客户端地址的结构体指针，类型为sockaddr_in或sockaddr_in6。是一个传出参数
addrlen：客户端地址结构体的长度，通常是sizeof(sockaddr_in)或sizeof(sockaddr_in6)。传入传出。（入：addr的大小。出：客户端addr实际大小。）
成功接受连接请求后，返回一个新的文件描述符，用于和客户端进行通信。失败时返回-1。

套接字连接

在流式套接字上向指定的目标主机发起连接请求，可以使用connect()系统调用。其基本语法如下：

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

sockfd：套接字文件描述符。
addr：指向要连接的远程主机地址的结构体指针，类型为sockaddr_in或sockaddr_in6。
addrlen：远程主机地址结构体的长度，通常是sizeof(sockaddr_in)或sizeof(sockaddr_in6)。
成功建立连接后，返回0，失败时返回-1。

套接字数据传输

套接字的数据传输可以使用send()和recv()系统调用完成。其基本语法如下：

#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

参数说明：

sockfd：套接字文件描述符。
buf：指向数据缓冲区的指针。
len：数据长度。
flags：传输标志，可以是0或MSG_DONTWAIT等。
成功发送或接收数据后，返回实际传输的数据长度，失败时返回-1。

套接字通信实例

下面是一个简单的套接字通信实例，使用TCP协议进行数据传输。

服务器端代码

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

#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, client_fd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    int len;

    // 创建套接字
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定本地地址
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接请求
    if (listen(server_fd, 5) ==-1) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}


// 等待连接请求
printf("Server is listening on port %d...\n", PORT);
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
if (client_fd == -1) {
    perror("accept");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

// 读取客户端发来的数据
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
len = recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (len == -1) {
    perror("recv");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Received message from client: %s\n", buffer);

// 向客户端发送数据
strcpy(buffer, "Hello from server!");
len = send(client_fd, buffer, strlen(buffer), 0);
if (len == -1) {
    perror("send");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Sent message to client: %s\n", buffer);

// 关闭套接字
close(client_fd);
close(server_fd);

return 0;
}

小知识：如果只写了服务端代码，可以用以下命令模拟客户端进行测试

nc 127.0.0.1 $(端口号)

客户端代码

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

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int client_fd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    int len;

    // 创建套接字
    client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (client_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 连接服务器
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("connect");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 向服务器发送数据
    strcpy(buffer, "Hello from client!");
    len = send(client_fd, buffer, strlen(buffer), 0);
    if (len == -1) {
        perror("send");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Sent message to server: %s\n", buffer);

    // 读取服务器返回的数据
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    len = recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if (len == -1) {
        perror("recv");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Received message from server: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(client_fd);

    return 0;
}