二十一章——套节字接口
1. 套节字（socket）API，定义了协议软件与应用程序之间的接口。
在套接字API中，网络I/O 的基础在于一种称为套接字（socket）的抽象。我们认为套接字是为通信提供端点的机制。应用程序在需要时请求操作系统创建一个套接字，而系统则返回一个短整数，由应用程序用来引用新创建的套接字。如果它对应的是TCP 连接，那么这条连接的两个端点都必须指明。如果是UDP 使用的套接字，那么对方端点可以不用指明，此时对方端点必须在每次发送报文时以参数的形式传递。
2. 创建一个套节字
result = socket(pf, type, protocol) —— (protocol family, protocol type, protocol)
1）参数pf （protocol family）指明套接字使用的协议族（即指明如何解释地址）。当前的协议族包括
IPv4（PF_INET），IPv6（PF_INET6），Xerox 公司的PUP 互联网（PF_PUP），Apple 计算机公司的
AppleTalk 网络（PF_APPLETALK）和UNIX 文件系统（PF_UNIX）。
2）参数type 指明了要求的通信类型。可能的类型包括可靠数据流交付服务（SOCK_STREAM）和无连接
数据报交付服务（SOCK_DGRAM），以及允许有特权的程序访问底层协议或网络接口的原始类型（SOCK_RAW）。
3）因为一个协议族可能有多个协议提供相同类型的通信，所以套接字就有了第三个参数，用于选择一个具体
的协议。如果在协议族中只存在一种能提供某种type通信的协议（例如IPv4 中只有TCP支持SOCK_STREAM
服务），这时可把第三个参数设置为0。
3. 绑定本地地址
在某个熟知端口上操作的服务器进程必须为系统指明端口。一旦创建了套接字，服务器就使用bind 功能为套接
字建立一个本地地址。bind具有如下形式：
bind(socket, localaddr, addrlen);
参数socket是要绑定的套接字描述符。参数localaddr 是—个指定套接字要绑定的本地地址的结构，参数addrlen是一个指定地址长度（字节数）的整数。（表示将套节字socket绑定到地址localaddr上）
这个结构通常称为sockaddr，以一个识别地址所属协议族的16 位地址族（ADDRESS FAMILY）字段开始，随后是不超过14 八位组的地址。注意，当某个特殊的地址结构作为参数传递到套接字函数时，这个结构必须伪装成通用结构sockaddr。
地址族字段的值决定其余地址八位组的格式。例如，地址族字段中值为2 则意味着其余八位组中包含的是一个TCP/IP 地址。每个协议族都规定了自己如何使用地址字段中的八位组。对于TCP/IP地址，套接字地址称为sockaddr_in。它包括一个IP地址和一个协议端口号（即，一个互联网套接字地址结构可以包含一个IP 地址以及该地址的一个协议端口）。下图所示为一个TCP/IP套接字地址的明确结构：
4. 将套节字连接到目的地址
初始创建的套接字处于一种未连接的状态（unconnected state），也就是说，套接字并未与任何远端目的地址关联。函数connect为套接字绑定一个永久目的地址，并将它置于连接状态（connected state）。
connect函数具有如下形式：
connect(socket, destaddr, addrlen);
参数socket是要连接的套接字的整数描述符。参数destaddr 是一个套接字地址结构，它指明要与套接字绑定的目的地址。参数addrlen指明按字节计算的目的地址长度。
5. 通过套节字发送数据
一旦应用程序建立起套接字，就可以使用套接字传输数据。
一共有五个系统调用可供选择：send，sendto，sendmsg，write和writev。send和write以及writev只用于已建立连接的套接字，因为它们不允许调用方指定目的地址。
1）write(socket, buffer, length);
参数socket 包含一个整数套接字描述符。参数buffer包含要发送的数据的地址。参数length 指明要发送的数据的长度。write 调用在数据传送出去之前是阻塞的（即，如果套接字使用的内部系统缓冲区已满，则发生阻塞）。与大多数系统调用类似，write给调用它的应用程序返回一个错误码，以便让程序员知道操作是否成功。
2）writev(socket, iovector, vectorlen);
writev系统调用与write类似，只不过writev使用“收集写”（gather write）的形式，使应用程序在写报文时可以不将报文复制到内存的连续字节区域。参数iovector 给出一个iovec 类型的数组地址，它含有一个指向构成报文的各字节块的指针序列。参数vectorlen指明iovector 中的指针项的数目。
3）send(socket, message, length, flags);
此处的socket参数指明所用套接字的描述符，参数message给出要发送数据的地址，参数length说明要发送的数据的字节数，参数flags 控制传输方式。有一个flags值允许发送方指明报文必须在支持带外传输的套接字上带外发送。flags的另一个值允许调用方请求不使用本地路由选择表发送报文。其意图是允许调用方来控制路由选择，这样就可以编写网络调试软件。
函数sendto和sendmsg允许调用方在无连接的套接字上发送报文，因为它们都需要调用方指定目的地址。
4）sendto(socket, message, length, flags, destaddr, addrlen)
前4 个参数与send 函数使用的完全相同。最后两个参数指定一个目的地址，并给出地址长度。
5）sendmsg(socket, messagestruct, flags);
程序员通常喜欢使用sendmsg函数，以免sendto所需的一长串参数使程序效率不高，而且难以读懂。
此处的参数messagestruct 是如下图所示的结构。该结构包含要发送报文的信息、长度、目的地址和地址长度。
对应的结构体为：
- struct msghdr {
- void *msg_name; /* optional address */
- socklen_t msg_namelen; /* size of address */
- struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */
- size_t msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */
- void *msg_control; /* ancillary data, see below */
- size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
- int msg_flags; /* flags on received message */
- };
6. 通过套接字接收数据
与5种不同的输出操作类似，套接字API提供了5个相应的输入函数read，readv，recv，recvfrom和recvmsg，进程可以使用这些函数通过套接字接收数据。
1）read(descriptor, buffer, length);
参数descriptor 给出了从中读取数据的套接字的整数描述符或文件描述符，buffer 指定了存储数据的存储区地址，参数length指定了要读取的最大字节数。
2）readv(descriptor, iovector, vectorlen);
使用一种“分散读取”（scatter read）类型的接口。参数iovector 给出了iovec类型结构的地址，它包含一组指向存储待读数据的内存块的指针。参数vectorlen指定iovector 中的数据项的数目。
3）recv(socket, buffer, length, flags);
参数socket指明从中接收数据的套接字的描述符。参数buffer 指定存放报文的内存缓冲区地址。参数length 指明缓冲区的长度。参数flags 允许调用方控制接收方式。
4）recvfrom(socket, buffer, length, flags, fromaddr, addrlen);
两个额外参数fromaddr和addrlen分别是一个套接字地址结构的指针和一个整数。操作系统使用fromaddr 来记录报文发送方的地址，并使用addrlen 记录发送方地址的长度。
5）recvmsg(socket, messagestruct, flags);
参数messagestruct给出一个结构的地址，该结构存放传入报文的地址以及发送方地址的位置。recvmsg生成的结构与sendmsg使用的结构完全一样，这样就使它们能够很好地成对操作。
7. 获取本地的和远程的套接字地址
1）getsockname(socket, localaddr, addrlen);
函数getsockname返回与套接字相关联的本地地址；
2）getpeername(socket, destaddr, addrlen);
函数getpeername返回套接字连接的对端（也就是远端）地址；
8. 获取和设置套接字选项
除了将套接字绑定到本地地址或连接到目的地址之外，还需要有一种允许应用程序控制套接字的机制。
函数getsockopt允许应用程序请求获取关于套接字的信息。调用方指明套接字、感兴趣的选项和存放请求信息的位置。操作系统检查套接字使用的内部数据结构，并将被请求的信息传给调用方。
调用格式如下：
getsockopt(socket, level, optionid, optionval, length)
用函数setsockopt，应用程序可以使用通过getsockopt 获取的一组值来设置套接字选项。调用方指明一个要设置选项的套接字、要改变的选项和选项的值。setsockopt 的调用格式如下：
setsockopt(socket, level, optionid, optionval, length)
参数socket 指明需要信息的套接字。参数level 标识出操作是用于套接字本身还是其底层协议。参数optionid指明申请的是哪一个选项。optionval和length这对参数定义两个指针。第一个指针给出系统存放请求值的缓冲区地址，第二个指针给出系统存放选项值长度的一个整数地址。
