Linux 网络编程-基础篇-创建原始Server和Client

getaddrinfo()

getaddrinfo() 返回的 struct addrinfo 相当于一个地址信息的总集合体，靠它一个就可以完成 socket/connect 或 socket/bind/listen/accept 的过程，避免了一些繁杂的地址结构体处理。

相对于自己创建 addrinfo 内的各种内容，我更喜欢使用 getaddrinfo()，但是 getaddrinfo 也并不是很简单的，需要梳理一下概念，帮助理解记忆：

int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
                const struct addrinfo *hints,
                struct addrinfo **res);

调用该函数的目的是：

进行 socket 编程时，我们要创建 socket 进行通信，不论是用于连接远端，还是用于接收远端的连接，都需要一个地址信息，这个信息在前一种情况下，是为了确定远端在网络中的位置，在后一种情况下，是为了确定自己在网络中的位置，以便别人过来连接。在创建的过程中，需要用到各种数据结构，addrinfo 的作用就是将它们都装在一起。

该函数的参数有三项：

node，该地址信息对应的 ip 地址；
service，对应的端口号；
hint 提示。因为 getaddrinfo 相当于一个地址筛选器，根据提供的参数，缩小符合的地址，最后返回符合条件的所有地址的 addrinfo，所以如果我们只提供 ip 和端口的话，就会返回太多的地址了（如 ipv4/ipv6/tcp/udp 的不同组合），所以还要在 hints 参数中，提供更多信息，缩小匹配范围，hint 本身就是 addrinfo，在里面填写更多信息。

该函数的返回的有两项：

int 返回值代表错误信息，为 0 时表示成功；
struct addrinfo **res 则是我们需要的 struct addrinfo 结构体的链表。

为何返回的是链表呢，因为函数会返回符合条件的所有地址的 addrinfo，保存在一个链表中。

为何需要传入二重指针呢，因为传入后 getaddrinfo 会改变它的值，它会申请并初始化链表，然后将第一个赋值给 res。因此，当使用完毕返回的链表后，需要我们调用如下函数进行内存释放：

void freeaddrinfo(struct addrinfo *res);

addrinfo 的结构如下，res 指向第一个 addrinfo，其内部的 ai_next 指向链表中下一个 addrinfo：

struct addrinfo {
    int              ai_flags;// 如果要创建监听 socket，则指定为 AI_PASSIVE
    int              ai_family;// address family，AF_INET/AF_INET6/AF_UNSPEC
    int              ai_socktype;// tcp/udp 
    int              ai_protocol;
    socklen_t        ai_addrlen;
    struct sockaddr *ai_addr;
    char            *ai_canonname;
    struct addrinfo *ai_next;
};

了解了 getaddrinfo() 的基本概念后，就可以开始创建客户端或服务器了。

创建 Client 客户端

本客户端的功能是，连接服务器，读取服务器传来的数据并打印，直到服务器关闭连接。

getaddrinfo()

struct addrinfo hints;
struct addrinfo *result, *rp;

memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC;//同时包含 ipv4 和 ipv6
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;//要求使用 tcp socket

if (getaddrinfo("127.0.0.1", "27777", &hints, &result) != 0) {

  printf("getaddrinfo error: %s\n", strerror(errno));
  return 0;
}

地址信息除了 ip 和端口外，我给予的 hint 还有 ai_family 和 ai_socktype，然后 getaddrinfo() 就会在 result 存放满足条件的 addrinfo 链表。

socket() 以及 connect()

int sockfd;

for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next) {

  if ((sockfd = socket(rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol)) == -1)
    continue;

  if (connect(sockfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen) == -1) {

    printf("connect error: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
  }
  else
    break; //成功一个后即跳出循环
}

//使用完成后释放 addrinfo
freeaddrinfo(result);

//一个都没有成功的情况
if (sockfd < 0) {
  printf("invalid sockfd: %s\n");
  return 0;
}

由于 result 中得到的是链表，所以对链表进行逐节点扫描，注意 for 的书写形式，每次都从 ai_next 中获取下一个节点。

在申请 socket 时，从 addrinfo 中取出数据即可。

在进行 connect 时，亦从 addrinfo 中取出数据即可。

read()

#define MAXLINE 256
int num = 0;
char recvline[MAXLINE + 1];

while ((num = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {

  recvline[num] = '\0';
  printf("%s\n", recvline);
}

if (num < 0) {
  printf("read error: %s\n", strerror(errno));
}

close(sockfd);

从远端读取数据并打印，直到远端关闭连接。

创建 Server 服务器

本服务器的功能是，接收客户端的连接，并发送”Hello World!“，然后关闭连接。

getaddrinfo()

struct addrinfo hints;
struct addrinfo *res, *rp;

memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; //监听端口设置为 AI_PASSIVE
hints.ai_family = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;

if (getaddrinfo(NULL, "27777", &hints, &res) != 0) {

  printf("getaddrinfo error: %s\n", strerror(errno));
  return 0;
}

要求监听端口 27777，并且使用 tcp 协议。

socket() 以及 bind()

int listenfd = -1;

for (rp = res; rp != NULL; rp = rp->ai_next) {

  listenfd = socket(rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol);

  if (listenfd == -1)
    continue;

  if (bind(listenfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen) == -1) {

    printf("bind error: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
  }

  if (listenfd != -1)
    break;
}

//注意释放
freeaddrinfo(res);

通过 addrinfo 创建 socket 并 bind。

listen()

#define BACKLOG 7

if (listenfd == -1) {

  printf("get socket error: %s\n", strerror(errno));
  return 0;
}
else {
  if (listen(listenfd, BACKLOG) == -1) {
       
    printf("listen error: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
  }
}

监听端口。

write()

while (1) {

  sockfd = accept(listenfd, NULL, NULL);

  if (sockfd == -1) {

    printf("accept error: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
  }

  write(sockfd, "Hello World!", strlen("Hello World!") + 1);

  close(sockfd);
}

向远端发送”Hello World!“后，关闭连接。

概念梳理

Socket Pair

当服务器接收到新的连接，并通过 accept 返回新的 socket 时，其实新的 socket 还是使用的和服务器同一个端口，那么如何确定远端想和那个 socket 传输呢？

socket pair {源 ip 地址：源端口，目的 ip 地址：目的端口}，一个 socket pair 唯一确定一个连接。

getaddrinfo()

创建 Client 客户端

创建 Server 服务器

Socket Pair