BSD Socket 简易入门手册

当你进入 UNIX 的神秘世界后，立刻会发现越来越多的东西难以理解。对于大多数人来说，BSD socket 的概念就是其中一个。这是一个很短的教程来解释他们是什么、他们如何工作并给出一些简单的代码来解释如何使用他们。

socket 是进行程序间通讯(IPC)的 BSD 方法。这意味着 socket 用来让一个进程和其他的进程互通信息，就象我们用电话来和其他的人交流一样。

用电话来比喻是很恰当的，我们在后面将一直用电话这个概念来描叙 socket 。

一个人要能够收到别人打给他的电话，首先他要装上一门电话。同样，你必须先建立 socket 以侦听线路。这个过程包含几个步骤。首先，你要建立一个新的 socket，就象先装上电话一样。socket() 命令就完成这个工作。

因为 sockets 有几种类型，你要注明你要建立什么类型的。你要做一个选择是 socket 的地址格式。如同电话有音频和脉冲两种形式一样，socket 有两个最重要的选项是 AF_UNIX 和 IAF_INET。AF_UNIX 就象 UNIX 路径名一样识别 sockets。这种形式对于在同一台机器上的 IPC 很有用。而 AF_INET 使用象 192.9.200.10 这样被点号隔开的四个十进制数字的地址格式。除了机器地址以外，还可以利用端口 号来允许每台机器上的多个 AF_INET socket。我们这里将着重于 AF_INET 方式，因为他很有用并广泛使用。

另外一个你必须提供的参数是 socket 的类型。两个重要的类型是 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。 SOCK_STREAM 表明数据象字符流一样通过 socket 。而 SOCK_DGRAM 则表明数据将是数据报(datagrams)的形式。我们将讲解 SOCK_STREAM sockets，他很常见并易于使用。

在建立 socket 后，我们就要提供 socket 侦听的地址了。就象你还要个电话号码来接电话一样。bind() 函数来处理这件事情。

SOCK_STREAM sockets 让连接请求形成一个队列。如果你忙于处理一个连接，别的连接请求将一直等待到该连接 处理完毕。listen() 函数用来设置最大不被拒绝的请求数（一般为5个）。 一般最好不要使用 listen() 函数。

下面的代码说明如何利用 socket()、 bind() 和 listen() 函数建立连接并可以接受数据。

/* code to establish a socket; originally from [e-mail]
*/

int establish(unsigned short portnum)
{ char myname[MAXHOSTNAME+1];
int s;
struct sockaddr_in sa;
struct hostent *hp;

memset(&sa, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); /* clear our address */
gethostname(myname, MAXHOSTNAME); /* who are we? */
hp= gethostbyname(myname); /* get our address info */
if (hp == NULL) /* we don't exist !? */
return(-1);
sa.sin_family= hp->h_addrtype; /* this is our host address */
sa.sin_port= htons(portnum); /* this is our port number */
if ((s= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) /* create socket */
return(-1);
if (bind(s,&sa,sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
close(s);
return(-1); /* bind address to socket */
}
listen(s, 3); /* max # of queued connects */
return(s);
}

在建立完 socket 后，你要等待对该 socket 的调用了。accept() 函数为此目的而来。调用 accept() 如同在电话铃响后提起电话一样。Accept() 返回一个新的连接到调用方的 socket 。

下面的代码演示使用是个演示。

/* wait for a connection to occur on a socket created with establish()
*/
int get_connection(int s)
{ int t; /* socket of connection */

if ((t = accept(s,NULL,NULL)) < 0) /* accept connection if there is one */
return(-1);
return(t);
}

和电话不同的是，在你处理先前的连接的时候，你还可以接受调用。为此，一般用 fork 来处理每个连接。下面的代码演示如何使用 establish() 和 get_connection() 来处理多个连接。

#include /* obligatory includes */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define PORTNUM 50000 /* random port number, we need something */

void fireman(void);
void do_something(int);

main()
{ int s, t;

if ((s= establish(PORTNUM)) < 0) { /* plug in the phone */
perror("establish");
exit(1);
}

signal(SIGCHLD, fireman); /* this eliminates zombies */

for (;;) { /* loop for phone calls */
if ((t= get_connection(s)) < 0) { /* get a connection */
if (errno == EINTR) /* EINTR might happen on accept(), */
continue; /* try again */
perror("accept"); /* bad */
exit(1);
}
switch(fork()) { /* try to handle connection */
case -1 : /* bad news. scream and die */
perror("fork");
close(s);
close(t);
exit(1);
case 0 : /* we're the child, do something */
close(s);
do_something(t);
exit(0);
default : /* we're the parent so look for */
close(t); /* another connection */
continue;
}
}
}

/* as children die we should get catch their returns or else we get
* zombies, A Bad Thing. fireman() catches falling children.
*/
void fireman(void)
{
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
;
}

/* this is the function that plays with the socket. it will be called
* after getting a connection.
*/
void do_something(int s)
{
/* do your thing with the socket here
:
:
*/
}

现在你应该知道如何建立 socket 来接受调用了。那么如何调用呢？和电话一样，你要先有个电话。用 socket() 函数来完成这件事情，就象建立侦听的 socket 一样。

在给 socket 地址后，你可以用 connect() 函数来连接侦听的 socket 了。下面是一段代码。

int call_socket(char *hostname, unsigned short portnum)
{ struct sockaddr_in sa;
struct hostent *hp;
int a, s;

if ((hp= gethostbyname(hostname)) == NULL) { /* do we know the host's */
errno= ECONNREFUSED; /* address? */
return(-1); /* no */
}

memset(&sa,0,sizeof(sa));
memcpy((char *)&sa.sin_addr,hp->h_addr,hp->h_length); /* set address */
sa.sin_family= hp->h_addrtype;
sa.sin_port= htons((u_short)portnum);

if ((s= socket(hp->h_addrtype,SOCK_STREAM,0)) < 0) /* get socket */
return(-1);
if (connect(s,&sa,sizeof sa) < 0) { /* connect */
close(s);
return(-1);
}
return(s);
}

这个函数返回一个可以流过数据的 socket 。

好了，你在要传输数据的双方建立连接了，现在该传输数据了。read() 和 write() 函数来处理吧。除了在 socket 读写和文件读写中的一个区别外，和处理一般的文件一样。区别是你一般不能得到你所要 的数目的数据。所以你要一直循环到你需要的数据的到来。一个简单的例子：将一定的数据读到缓存。

int read_data(int s, /* connected socket */
char *buf, /* pointer to the buffer */
int n /* number of characters (bytes) we want */
)
{ int bcount; /* counts bytes read */
int br; /* bytes read this pass */

bcount= 0;
br= 0;
while (bcount < n) { /* loop until full buffer */
if ((br= read(s,buf,n-bcount)) > 0) {
bcount += br; /* increment byte counter */
buf += br; /* move buffer ptr for next read */
}
else if (br < 0) /* signal an error to the caller */
return(-1);
}
return(bcount);
}

相同的函数也可以写数据，留给我们的读者吧。

和你通过电话和某人交谈后一样，你要在 socket 间关闭连接。一般 close() 函数用来关闭每边的 socket 连接。如果一边的已经关闭，而另外一边却在向他写数据，则返回一个错误代码。

现在你可以在机器间联络了，可是要小心你所说的话。许多机器有自己的方言，如 ASCII 和 EBCDIC。更常见的问题是字节顺序问题。除非你一直传输的都是文本，否则你一定要注意这个问题。幸运的是，人们找出了解决的办法。

在很久以前，人们争论哪种顺序更“正确”。现在必要时有相应的函数来转换。 其中有 htons()、ntohs()、htonl() 和 ntohl()。在传输一个整型数据前，先转换一下。

i= htonl(i);
write_data(s, &i, sizeof(i));

在读数据后，再变回来。

read_data(s, &i, sizeof(i));
i= ntohl(i);

如果你一直坚持这个习惯，你将比别人少出错的机会。

就用我们刚才讨论的东西，你就可以写自己的通讯程序了。和对待所有的新生事 物一样， 最好还是看看别人已经做了些什么。这里有许多关于 BSD socket 的东西可以参考。

请注意，例子中没有错误检查，这在“真实”的程序中是很重要的。你应该对此充分重视。