在 linux 下用 C 寫 socket 程式

十幾年沒有寫 C 了，這能夠說是從新學習，底下的程式是改寫自 W.Richard Stevens 的名著 - UNIX Network Programming Volume 1，改寫的緣由有二: (1) 在個人開發環境 scientific linux 7.0 上沒辦法正常 compile，多是因為 Stevens 的程式是在 UNIX 上寫的，與 linux 上略有不一樣; (2) Stevens 用 #define 將許多經常使用的函式從新定義，對於初學者來說，反而會被混淆，我將這些函式還原為原始函式。

這個程式有 client 和 server，server 先啟動，等待 client 連線，待 client 連線後回覆現在的系統時間，client 將收到的值印出。第一個程式是 server，第二個程式是 client。這裡會詳細說明每個函式，因為… 我是初學者!! 

 1 #include <sys/socket.h>
 2 #include <sys/types.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <netinet/in.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <arpa/inet.h>
 8 #include <time.h>
 9 
10 const int MAXLINE = 100;
11 const int LISTENQ = 1024;
12 
13 int main(int argc, char **argv) {
14     int listenfd, connfd;
15     struct sockaddr_in servaddr;
16     char buff[MAXLINE];
17 
18     time_t ticks;
19     listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
20 
21     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
22     servaddr.sin_family = AF_INET;
23     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
24     servaddr.sin_port = htons(1513);
25 
26     bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
27     listen(listenfd, LISTENQ);
28 
29     for( ; ; ) {
30         connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) NULL, NULL);
31 
32         ticks = time(NULL);
33         snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
34         write(connfd, buff, strlen(buff));
35 
36         close(connfd);
37     }
38 
39 }

• 第 19 行: 創建一個 socket 連線，無論 client 或 server 程式，一開始都會呼叫這個函式，函式所須要的三個參數說明以下:
  • 第一個參數: AF_INET 表示要創建網際網路的 socket 連線，基本上現在就是固定填入這個值，socket 函式及 AF_INET 是定義在 socket.h 標頭檔裡，這也是為什麼第一行要引入這個標頭檔的緣由，大部份的 socket 相關函式、常數都定義在這個標頭檔。
  • 第二個參數: 能夠傳入的值有兩個 - SOCK_STREAM 及 SOCK_DGRAM，要創建 TCP 連線時傳入 SOCK_STREAM，要創建 UDP 連線時傳入 SOCK_DGRAM。
  • 第三個參數: 一般就是傳入 0，socket 將會選擇最適合的通訊協定，也就是第二個參數的說明，至於不傳入 0 時，用在什麼地方? 這個以後再說 (現在我也不知道)。
  • 傳回值: 錯誤時傳回 -1，正確傳回 0，C 語言的習慣就是正確傳回 0，錯誤則傳回錯誤代碼。
• 第 21 行: bzero 是將指定的位指空間所有清為 0，這不是 ANSI C 的標準函式，ANSI C 的標準函式是 memset，不過 bzero 大多數的平臺也都有支援，定義在 string.h 裡。傳入的兩個參數以下:
  • 第一個參數: 要清為 0 的位址。
  • 第二個參數: 位址空間的長度。
• 第 22~24 行: 設定 server address 的值，這是在第 15 行宣告的變數，struct sockaddr_in 這個結構是為了在 bind 時傳入一些值，這三個值說明以下:
  • sin_family: 如 socket 的第二個參數說明的一樣，這是指要使用 TCP 通訊協定。
  • sin_addr.s_addr: 這裡指定為 INADDR_ANY 是使得任何位址連進來的 socket 連線均可以被接受，在設定前呼叫的 htonl 函式是為了讓值與平臺無關，不一樣的 OS 有些字元排列順序高位元和低位元不必定相同，透過這個函式能夠去除這種平臺相依性，都轉為網路所規範的順序。
  • sin_port: 指定要 bind 到那個 port，htons 這個函式和 htonl 是一樣的，都是用來去除平臺相依性，差別在於 htons 是用在 16 bits 的變數， htonl 是用在 32 bits 的變數。
• 第 26 行: bind 是將 socket 和 sockaddr 繫結起來的函式，表示第 19 行創建的 socket 連線，將會是允許任何位址連線，而將傾聽的 port 是 1513。
• 第 27 行: 開始傾聽，最大連線數是 LINTENQ 所定義的值，即 1024 條連線。
• 第 29 行: 這裡創建一個無窮迴圈，因此這個 server 會一直執行，直到使用者按 ctrl-C 為止。
• 第 30 行: server  會停在 accept 這裡等待 client 連線，參數說明以下:
  • 第一個參數: 透過傳入傾聽描述子 listenfd，將第 2六、27 行傾聽的相關數據傳入。
  • 第2、三個參數: 待我弄懂了再補充  … XD
  • 傳回值: 創建連線後，傳回連線描述子 (connected descriptor)，這個描述子會用來與新的 client 連線進行通訊。
• 第 32 行: 取得目前的系統時間，這個 time 函式定義在 time.h 標頭檔裡。
• 第 33 行: snprintf 函式定義在 stdio.h 裡，和 sprintf 的最大差別在於 snprintf 的第二個參數指出了第一個參數的空間大小，可防止實際產生出來的字串長度超過第一個參數所宣告的空間。
• 第 34 行: 將結果寫出給 client，這裡能夠看到第一個參數便是 accept 的傳回值，這樣就能夠通知系統究竟是要將資料傳給那個 client。
• 第 36 行: 關閉與 client 間的 socket 連線。

 

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/socket.h>
 3 #include <sys/types.h>
 4 #include <netinet/in.h>
 5 #include <strings.h>
 6 #include <arpa/inet.h>
 7 
 8 const int MAXLINE = 100;
 9 
10 void err_sys(const char* x, ...)
11 {
12     perror(x);
13     //exit(1);
14 }
15 
16 void err_quit(const char* x, ...)
17 {
18     perror(x);
19     //exit(1);
20 }
21 
22 int main(int argc, char **argv)
23 {
24     int sockfd, n;
25     char recvline[MAXLINE + 1];
26     struct sockaddr_in servaddr;
27 
28     if (argc != 2) {
29         err_quit("usage: a.out <IPaddress>");
30         return 1;
31     }
32 
33     if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
34         err_sys("socket error");
35         return 1;
36     }
37 
38     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
39     servaddr.sin_family = AF_INET;
40     servaddr.sin_port = htons(1513);
41     if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
42         err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);
43 
44     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
45         err_sys("connect error");
46 
47     while ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {
48         recvline[n] = 0;
49         if (fputs(recvline, stdout) == EOF)
50             err_sys("fputs error");
51     }
52 
53     if (n < 0) {
54         err_sys("read error");
55         return 1;
56     }
57 
58     return 0;
59 }

• 第 41 行: client 程式執行時，要帶入 server 的 IP，inet_pton 函式便是將 IP 的文字格式轉成接下來要呼叫的 connect 所須要的 binary 格式。
• 第 44 行: 呼叫 connect 連線到 server。
• 第 47 行: 使用 read 讀取 server 傳回的值，三個參數說明以下:
  • 第一個參數: socket 描述子，第 33 行創建 socket 連線時記錄下來的數值。
  • 第二個參數: 讀取的值要放入的空間。
  • 第三個參數: 放入的空間的最大長度值。
• 第 49 行: 將結果寫出到標準ＣＡＵＲ輸出裝置。

測試時，先執行 server 再執行 client，client 端顯示以下結果: