linux socket编程基础

网络中进程的通信方式：
网络间的进程几乎全都是通过socket进行通信的。
本地间的进程通讯方式可以分为：
    (1)消息传递：管道、FIFO、消息队列
     (2)同步：互斥量、条件变量、读写锁、信号量
     (3)内存共享
     (4)远程过程调用
本地进程可以用PID唯一标识。如何标识网络间的进程呢？TCP/IP协议族已经很好的解决了这个问题，“网络层的IP”标志一台主机的位置，“协议+端口号”标识一台主机中的进程。那么“IP、协议、端口号”这个三元组就可以清楚的标识网络中的一个进程。
什么是socket
socket起源于UNIX，UNIX/linux的一个基本理念为：一切接文件。都可以用“open——>read/write——>close”进行操作，因此socket也是一种特殊的文件，也适用于open——>read/write——>close”模型。
socket函数
int socket(int domain, int type, int protocol)
函数的作用：用于创建一个socket
返回：套接字文件描述符
domain：协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有：AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或者AF_UNIX, unix中的socket协议族）、AF_ROUTE。domain就决定了socket的地址类型，AF_INET表明IP使用IPV4类型，端口为16位。
type：指明套接字的类型。套接字可以分为：SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW。
protocol:指明所用协议。IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC。分别对应TCP协议、UDP协议、STCP协议、TIPC协议。
type与protocol不可以随意组合，当protocol为0时，系统会自动寻找与type匹配的protocol。
bind()函数         
int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen)
函数的作用：将地址和端口号赋给创建的socket。

sockfd: 套结字描述符,唯一的标识一个socket，bind就是将这个描述符绑定一个名字。
addr:指向要绑定给sockfd的协议地址。
addrlen:对应的是地址的长度。
通常服务器在启动时会绑定一个众所周知的地址（IP和端口号），用于提供服务；对于客户端，在调用connect函数时，系统会自动为其分配一个端口号，因此不需要调用该端口号与客户端的IP地址就组成了客户端的网络地址。

网络字节序和主机字节序
(1)主机字节序：字节序指的是大于一个字节的基本类型数据在内存中的存放格式，就是我们常说的大端（big-endian）与小端(little-endian)模式。对于单字节类型的数据，大端、小端是一样的，不同类型CPU的字节序有所不同，x86CPU采用小端模式；arm处理器一般为小端模式，有的既支持大端模式，又支持小端模式，可以通过软设置进行设置；powerpc采用的是大端模式。    
  1) little-endian, 低字节存放在低地址，高字节存放在高地址。
     2)big-enddian, 低字节存放在高地址，高字节存放在低地址。
(2)网络字节序，数据在网络中的存放格式是大端格式。
在将地址绑定给socket之前要先转换成网络字节序，以免因为主机字节序与网络字节序不同而造成接收的数据出错。
listen函数
在调用了socket（）、bind()函数之后，用listen（）函数来监听socket，当客户端调用connect函数发送请求时，服务器端便会链接服务器。
   int listen（int sockfd， int backlog）；
sockfd：套接字描述符
backlog：相应socket的可以排队的最大连接数
socket（）创建的socket是一个主动类型，listen（）将socket转变为被动类型，等待用户来连接。

connect 函数
int connect（int sockfd, struct sock_addr addr, socklen_t sockaddr_len）;
sockfd: 套接字描述符
addr：服务器端的地址
sockaddr_len：服务器端地址的长度
connect函数用来连接服务器端accept函数服务器端依次调用了 socket、bind、listen函数之后，listen函数监听服务器端的socket；然后客户端调用socket函数，然后用connect信息请求连接；当服务器端监听到客户端的发来请求，然后调用accept函数来接收请求，进行连接。
int accept（int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addr_len）
sockfd：套接字描述符。
addr：客户端地址
addr_len：存储地址长度的地址变量
I/O操作  
在客户端与服务器端建立了连接之后，就可以进行网络I/O操作。常用的网络操作有：
   read()/write()   
  recv()/send()  
 readv()/writev()
  recvmsg()/sendmsg()
  recvfrom()/sendto()
这里向socket写入数据时，会为数据加上头和尾；另一端都数据时只有即读到头，又读到尾时才认为读到了完整的信息。否则读取的数据出错。

close函数
int close（int sockfd)
close函数只是使相应socket描述字的引用值减1，只有当引用值减为0时，才会引发客户端向服务器端发送终止请求.

socket中TCP三次握手建立连接
socket经历三次握手建立了服务器与客户端之间的链接，又称为三次分组，具体过程如下：
（1）客户端调用connect向服务器端发送 SYN J，之后connect就会处于阻塞状态，
（2）服务器监听到客户端的请求，即收到了SYN J包之后，调用accept函数，向客户端发送SYN K、SYN J+1，accept就会阻塞
（3）客户端接收到SYN K、SYN J+1之后，connect函数就会返回，并向服务器端发送SYN K+1进行确认，服务器端收到SYN K之后便          会返回
三次握手建立连接的示意图如下图：

 
SOCKET中四次握手释放连接 
（1）当客户端调close时，客户端向服务器端发送FIN M
（2）服务器端收到FIN M之后，执行被动关闭，然后向客户端发送FIN M+1进行确认。接收的FIN M作为文件结束符传递给应用程序，         即应用程序无法通过连接接收数据。
（3）一段时间之后，接收文件结束符的进程会调用close函数关闭它的socket，并先客户端发送FIN N
（4）客户端接收到之后，会发送FIN N+1进行确认。
 解除连接的四次握手示意图如下