Iperf 源代碼分析（四）
Socket 類
Socket的定義和實現分別在文件Socket.hpp和 Socket.cpp中。它的主要功能是封裝了socket文件描述符、此socket對應的端口號，以及socket接口中的listen, accept, connect和close等函數，爲用戶提供了一個簡單易用而又統一的接口。同時 做爲其餘派生類的基類。
Socket類的定義以下：服務器
#ifndef SOCKET_H
#define SOCKET_H
#include "headers.h"
#include "SocketAddr.hpp"
/* ------------------------------------------------------------------- */
class Socket {
public:
// stores server port and TCP/UDP mode
Socket( unsigned short inPort, bool inUDP = false );
// destructor
virtual ~Socket();
protected:
// get local address
SocketAddr getLocalAddress( void );
// get remote address
SocketAddr getRemoteAddress( void );
// server bind and listen
void Listen( const char *inLocalhost = NULL, bool isIPv6 = false );
// server accept
int Accept( void );
// client connect
void Connect( const char *inHostname, const char *inLocalhost = NULL );
// close the socket
void Close( void );
// to put setsockopt calls before the listen() and connect() calls
virtual void SetSocketOptions( void ) {
}
// join the multicast group
void McastJoin( SocketAddr &inAddr );
// set the multicast ttl
void McastSetTTL( int val, SocketAddr &inAddr );
int mSock; // socket file descriptor (sockfd)
unsigned short mPort; // port to listen to
bool mUDP; // true for UDP, false for TCP
}; // end class Socket
#endif // SOCKET_H
Socket類主要提供了四個函數：Listen，Accept，Connect和Close。getLocalAddress和GetRemoteAddress的做用分別是得到socket本端的地址和對端的地址，兩個函數均返回一個SocketAddr實例。SetSocketOptions的做用是設置socket的屬性，它是一個虛函數，所以不一樣的socket的派生類在實現此函數時會執行不一樣的操做。下面重點看一下Socket類的幾個函數的實現。網絡
getLoaclAddress和GetRemoteAddress函數dom
SocketAddr Socket::getLocalAddress( void ) {
iperf_sockaddr sock;
Socklen_t len = sizeof(sock);
int rc = getsockname( mSock, (struct sockaddr*) &sock, &len );
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "getsockname" );
return SocketAddr( (struct sockaddr*) &sock, len );
}
// get remote address
SocketAddr Socket::getRemoteAddress( void ) {
iperf_sockaddr peer;
Socklen_t len = sizeof(peer);
int rc = getpeername( mSock, (struct sockaddr*) &peer, &len );
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "getpeername" );
return SocketAddr( (struct sockaddr*) &peer, len );
}
getsockname和getRemote函數都是系統提供的，所以能夠直接使用！
socket
Listen 函數函數
/* -------------------------------------------------------------------
* Setup a socket listening on a port.
* For TCP, this calls bind() and listen().
* For UDP, this just calls bind().
* If inLocalhost is not null, bind to that address rather than the
* wildcard server address, specifying what incoming interface to
* accept connections on.
* ------------------------------------------------------------------- */
void Socket::Listen( const char *inLocalhost, bool isIPv6 ) {
int rc;
//Function setHostname() transfer the Hostname(ASCII) to Hostname(binary),
//Socket building.
SocketAddr serverAddr( inLocalhost, mPort, isIPv6 );
// create an internet TCP socket
int type = (mUDP ? SOCK_DGRAM : SOCK_STREAM);
int domain = (serverAddr.isIPv6() ?
#ifdef IPV6
AF_INET6
#else
AF_INET
#endif
: AF_INET);
#ifdef DBG_MJZ
// DBG MJZ
fprintf(stderr, "inLocalhost=%s domain=%d\n", inLocalhost, domain);
#endif /* DBG_MJZ */
#ifdef WIN32
if ( mUDP && serverAddr.isMulticast() ) {
mSock = WSASocket( domain, type, 0, 0, 0, WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF | WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF );
FAIL_errno( mSock == INVALID_SOCKET, "socket" );
} else
#endif
{
mSock = socket( domain, type, 0 );
FAIL_errno( mSock == INVALID_SOCKET, "socket" );
}
SetSocketOptions();
// reuse the address, so we can run if a former server was killed off
int boolean = 1;
Socklen_t len = sizeof(boolean);
// this (char*) cast is for old headers that don't use (void*)
setsockopt( mSock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*) &boolean, len );
#ifdef DBG_MJZ
{
// DBG MJZ
struct sockaddr *sa = serverAddr.get_sockaddr();
int len = serverAddr.get_sizeof_sockaddr();
fprintf(stderr, "len: %d salen: %d fam: %d addr chars %2x %2x %2x %2x ...\n",
len, sa->sa_len, sa->sa_family, sa->sa_data[0], sa->sa_data[1],
sa->sa_data[2], sa->sa_data[3]);
}
#endif /* DBG_MJZ */
// bind socket to server address
#ifdef WIN32
if ( serverAddr.isMulticast() ) {
rc = WSAJoinLeaf( mSock, serverAddr.get_sockaddr(), serverAddr.get_sizeof_sockaddr(),0,0,0,0,JL_BOTH);
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "bind" );
} else
#endif
{
rc = bind( mSock, serverAddr.get_sockaddr(), serverAddr.get_sizeof_sockaddr());
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "bind" );
}
// listen for connections (TCP only).
// default backlog traditionally 5
if ( ! mUDP ) {
rc = listen( mSock, 5 );
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "listen" );
}
#ifndef WIN32
// if multicast, join the group
if ( mUDP && serverAddr.isMulticast() ) {
McastJoin( serverAddr );
}
#endif
} // end Listen
首先構造一個包含本地服務器地址結構的 SocketAddr實例，inLocalhost是本地IP地址（點分十進制字符串或URL，後者在建立SocketAddr實例是完成地址解析），mPort是Socket構造函數中設置的端口。再經過socket系統調用建立一個socket。SetSocketOptions方法設置此 socket的屬性。由於SetSocketOptions是虛函數，在Socket類的實現中是一個空函數，而不一樣的Socket的派生類在覆蓋 （overwrite）該函數執行的操做是不一樣的，這是多態特性的應用。此後設置socket的可重用（reuse）屬性，使服務器在重啓後能夠重用之前的地址和端口。此時該socket尚未綁定到某個網絡端點（IP地址、端口對）上，bind系統調用完成此功能。最後，若是該socket用於一個 TCP鏈接，則調用listen函數，一來向系統說明能夠接受到socket綁定端口上的鏈接請求，二來設定請求等待隊列的長度爲5。
Socket的Listen方法將地址解析（地址結構生成）、socket、bind和listen等系統調用組合爲一個函數。在應用時，調用一個Listen方法就能夠完成Server端socket初始化的全部工做。ui
Accept函數this
Accept函數是Server完成socket初始化，等待鏈接請求時調用的函數。代碼以下：spa
/* -------------------------------------------------------------------
* After Listen() has setup mSock, this will block
* until a new connection arrives. Handles interupted accepts.
* Returns the newly connected socket.
* ------------------------------------------------------------------- */
int Socket::Accept( void ) {
iperf_sockaddr clientAddr;
Socklen_t addrLen;
int connectedSock;
while ( true ) {
// accept a connection
addrLen = sizeof( clientAddr );
connectedSock = accept( mSock, (struct sockaddr*) &clientAddr, &addrLen );
// handle accept being interupted
if ( connectedSock == INVALID_SOCKET && errno == EINTR ) {
continue;
}
return connectedSock;
}
} // end Accept
Accept函數爲accept系統調用增添了在中斷後自動重啓的功能。Server線程在執行accept函數是後被阻塞，直到有請求到達，或是接收到某個信號。如果後面一種狀況，accept會返回 INVALID_SOCKET並置errno爲EINTR。Accept方法檢查這種狀況，並從新調用accept函數。線程
Connect函數指針
Connect函數Client端調用的函數，其做用是鏈接指定的Server。代碼以下：
/* -------------------------------------------------------------------
* Setup a socket connected to a server.
* If inLocalhost is not null, bind to that address, specifying
* which outgoing interface to use.
* ------------------------------------------------------------------- */
void Socket::Connect( const char *inHostname, const char *inLocalhost ) {
int rc;
SocketAddr serverAddr( inHostname, mPort );
assert( inHostname != NULL );
// create an internet socket
int type = (mUDP ? SOCK_DGRAM : SOCK_STREAM);
int domain = (serverAddr.isIPv6() ?
#ifdef IPV6
AF_INET6
#else
AF_INET
#endif
: AF_INET);
// DBG MJZ
#ifdef DBG_MJZ
fprintf(stderr, "inHostname=%s domain=%d\n", inHostname, domain);
#endif /* DBG_MJZ */
mSock = socket( domain, type, 0 );
FAIL_errno( mSock == INVALID_SOCKET, "socket" );
SetSocketOptions();
if ( inLocalhost != NULL ) {
SocketAddr localAddr( inLocalhost );
#ifdef DBG_MJZ
// DBG MJZ
fprintf(stderr, "inLocalhost=%s sockaddrlen=%d\n", inHostname, localAddr.get_sizeof_sockaddr());
{
// DBG MJZ
struct sockaddr *sa = localAddr.get_sockaddr();
int len = localAddr.get_sizeof_sockaddr();
fprintf(stderr, "LOC len: %d salen: %d fam: %d data chars %2x %2x %2x %2x ...\n",
len, sa->sa_len, sa->sa_family, sa->sa_data[0], sa->sa_data[1],
sa->sa_data[2], sa->sa_data[3]);
}
#endif /* DBG_MJZ */
// bind socket to local address
rc = bind( mSock, localAddr.get_sockaddr(), localAddr.get_sizeof_sockaddr());
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "bind" );
}
#ifdef DBG_MJZ
{
// DBG MJZ
struct sockaddr *sa = serverAddr.get_sockaddr();
int len = serverAddr.get_sizeof_sockaddr();
fprintf(stderr, "SRV len: %d salen: %d fam: %d data chars %2x %2x %2x %2x ...\n",
len, sa->sa_len, sa->sa_family, sa->sa_data[0], sa->sa_data[1],
sa->sa_data[2], sa->sa_data[3]);
}
#endif /* DBG_MJZ */
// connect socket
rc = connect( mSock, serverAddr.get_sockaddr(), serverAddr.get_sizeof_sockaddr());
FAIL_errno( rc == SOCKET_ERROR, "connect" );
} // end Connect
首先構造一個SocketAddr實例保存Server端的地址（IP地址，端口對），同時按需完成地址解析。socket系統調用生成 socket接口。虛函數 SetSocketOptions利用多態特性使不一樣的派生類按須要設置socket屬性。若是傳入的inLocalhost參數不是空指針，說明調用者但願指定某個本地接口做爲鏈接的本地端點，此時經過bind系統調用把該socket綁定到這個接口對應的IP地址上。最後調用 connect函數完成與遠端Server的鏈接。
討論： TCP和UDP在調用connect函數是的操做有何不一樣？
對於TCP鏈接，調用connect函數會發起創建TCP鏈接的三次握手（3-way handshaking）過程。當connect調用返回時，此過程已經完成，鏈接已經創建。由於TCP鏈接使用字符流模型，所以在創建好的鏈接上交換數據時，就好像從一個字符流中讀取，向另外一個字符流中寫入同樣。
而UDP是無鏈接的協議，使用數據報而不是鏈接的模型，所以調用connect函數並不發起鏈接的過程，也沒有任何數據向Server發送，而只是通知操 做系統，發往該地址和端口的數據報都送到這個socket鏈接上來，也就是說，把這個（地址、端口）對和該socket關聯起來。UDP在IP協議的基礎 上提供了多路訪問（multiplex）的服務，UDP的connect系統調用對這種多路提供了socket接口與對端地址間的對應關係。在UDP鏈接 中，connect提功的這種功能是頗有用的。例如，Server能夠在接收到一個 Client的數據報後，分配一個線程執行connect函數與該 Client綁定，處理與該client的後繼交互,其餘的線程繼續在原來的UDP端口上監聽新的請求.由於在Client端和Server端都執行了 connect函數，因此一個Server與多個Client間的鏈接不會發生混亂。在 Iperf對UDP的處理中，就使用了這種技巧。
以上簡要討論了Iperf提供的庫中幾個比較重要的類的定義與實現。
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