Linux進程間通訊（九）：數據報套接字 socket()、bind()、sendto()、recvfrom()、close()

前一篇文章，Linux進程間通訊——使用流套接字介紹了一些有關socket（套接字）的一些基本內容，並講解了流套接字的使用，這篇文章將會給你們講講，數據報套接字的使用。

1、簡單回顧——什麼是數據報套接字

socket，即套接字是一種通訊機制，憑藉這種機制，客戶/服務器（即要進行通訊的進程）系統的開發工做既能夠在本地單機上進行，也能夠跨網絡進行。也就是說它可讓不在同一臺計算機但經過網絡鏈接計算機上的進程進行通訊。也由於這樣，套接字明確地將客戶端和服務器區分開來。

相對於流套接字，數據報套接字的使用更爲簡單，它是由類型SOCK_DGRAM指定的，它不須要創建鏈接和維持一個鏈接，它們在AF_INET中一般是經過UDP/IP協議實現的。它對能夠發送的數據的長度有限制，數據報做爲一個單獨的網絡消息被傳輸,它可能會丟失、複製或錯亂到達，UDP不是一個可靠的協議，可是它的速度比較高，由於它並一須要老是要創建和維持一個鏈接。

2、基於流套接字的客戶/服務器的工做流程

使用數據報socket進行進程通訊的進程採用的客戶/服務器系統是如何工做的呢？

一、服務器端

與使用流套接字同樣，首先服務器應用程序用系統調用socket()來建立一個套接安，它是系統分配給該服務器進程的相似文件描述符的資源，它不能與其餘的進程共享。

接下來，服務器進程會給套接字起個名字（監聽），咱們使用系統調用bind()來給套接字命名。而後服務器進程就開始等待客戶鏈接到這個套接字。

不一樣的是，而後系統調用recvfrom()來接收來自客戶程序發送過來的數據。服務器程序對數據進行相應的處理，再經過系統調用sendto()把處理後的數據發送回客戶程序。

與流套接字程序相比：

• 在流套接字中的程序中，接收數據是經過系統調用read，而發送數據是經過系統調用write()來實現，而在數據報套接字程序中，這是經過recvfrom()和sendto()調用來實現的。
• 使用數據報套接字的服務器程序並不須要listen()調用來建立一個隊列來存儲鏈接，也不須要accept()調用來接收鏈接並建立一個新的socket描述符

二、客戶端

基於數據報socket的客戶端比服務器端簡單，一樣，客戶應用程序首先調用socket來建立一個未命名的套接字，與服務器同樣，客戶也是經過sendto()和recvfrom()來向服務器發送數據和從服務器程序接收數據。

與流套接字程序相比：

使用數據報套接字的客戶程序並不須要使用connect()系統調用來鏈接服務器程序，它只要在須要時向服務器所監聽的IP端口發送信息和接收從服務器發送回來的數據便可。

3、數據報socket的接口及做用

socket的接口函數聲明在頭文件 sys/types.h 和 sys/socket.h 中。

一、建立套接字——socket()系統調用

該函數用來建立一個套接字，並返回一個描述符，該描述符能夠用來訪問該套接字，它的原型以下：

int socket(int domain, int type, int protocol);

函數中的三個參數分別對應前面所說的三個套接字屬性。protocol參數設置爲0表示使用默認協議。

二、命名（綁定）套接字——bind()系統調用

該函數把經過socket()調用建立的套接字命名，從而讓它能夠被其餘進程使用。對於AF_UNIX，調用該函數後套接字就會關聯到一個文件系統路徑名，對於AF_INET，則會關聯到一個IP端口號。函數原型以下：

int bind( int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

成功時返回0，失敗時返回-1；

三、發送數據——sendto()系統調用

該函數把緩衝區buffer中的信息給送給指定的IP端口的程序，原型以下：

int sendto(int sockfd, void *buffer, size_t len, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t tolen);

buffer中儲存着將要發送的數據，len是buffer的長度，而flags在應用中一般被設置爲0，to是要發送數據到的程序的IP端口，tolen是to參數的長度。

成功時返回發送的數據的字節數，失敗時返回-1。

四、接收數據——recvfrom()系統調用

該函數把發送給程序的信息儲存在緩衝區buffer中，並記錄數據來源的程序IP端口，原型以下：

int recvfrom(int sockfd, void *buffer, size_t len，int flags, struct sockaddr *src_from, socklen_t *src_len); 

buffer用於儲存接收到的數據，len指定buffer的長度，而flags在應用中一般被設置0，src_from若不爲空，則記錄數據來源程序的IP端口，若src_len不爲空，則其長度信息記錄在src_len所指向的變量中。

注意：默認狀況下，recvfrom()是一個阻塞的調用，即直到它接收到數據纔會返回。

五、關閉socket——close()系統調用

該系統調用用來終止服務器和客戶上的套接字鏈接，咱們應該老是在鏈接的兩端（服務器和客戶）關閉套接字。

4、進程使用數據報socket進行通訊

下面用多個客戶程序實例和一個服務器程序來演示多個進程如何經過使用數據報socket來進行通訊。

sockserver2.c是一個服務器程序，它接收客戶程序發來的數據，並建立一個子進程來處理客戶發送過來的數據，處理過程很是簡單，就是把大寫字母改成小寫。而後把處理後的數據（大寫字母對應的小寫字母）發送回給客戶端。

sockclient2.c是一個客戶程序，它向服務器程序發送數據，並接收服務器發送過來的處理後的數據（即小寫字母），而後把接收到的數據輸出到屏幕上。在運行客戶程序時，你能夠爲它提供一個字符做爲參數，此時客戶程序將把些字符做爲要處理的數據發送給服務器，若是不提供一個參數，則默認發送字符A。

sockserver2.c的源代碼以下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>

int main(int arc, char **argv)
{
	int server_sockfd = -1;
	socklen_t server_len = 0;
	socklen_t client_len = 0;
	char buffer[512];
	ssize_t result = 0;

	struct sockaddr_in server_addr;
	struct sockaddr_in client_addr;

	// 建立數據報套接字
	server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	// 設置監聽的端口、IP
	server_addr.sin_family = AF_INET;
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	server_addr.sin_port = htons(9739);
	server_len = sizeof(server_addr);

	// 綁定（命名）套接字
	bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, server_len);

	// 忽略子進程中止 或 退出 的信息
	signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

	while (1)
	{
		// 接收數據，用 client_addr 來儲存數據來源程序的IP端口
		result = recvfrom(server_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0,
						  (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
		if (fork() == 0)
		{
			// 利用子進程來處理數據
			buffer[0] += 'a' - 'A';
			sleep(1);

			// 發送處理後的數據
			sendto(server_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_len);

			printf("%c\n", buffer[0]);

			// 注意，必定要關閉子進程，不然程序運行會不正常
			exit(0);
		}
	}

	// 關閉套接字
	close(server_sockfd);
}

sockclient2.c的源代碼以下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	struct sockaddr_in server_addr;
	socklen_t server_len = 0;
	int sockfd = -1;
	char c = 'A';

	// 取第一個參數的第一個字符
	if (argc > 1)
	{
		c = argv[1][0];
	}

	// 建立數據報套接字
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	// 設置服務器IP、端口
	server_addr.sin_family = AF_INET;
	server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	server_addr.sin_port = htons(9739);
	server_len = sizeof(server_addr);

	// 向服務器發送數據
	sendto(sockfd, &c, sizeof(char), 0,
		   (struct sockaddr *)&server_addr, server_len);

	// 接收服務器處理後發送過來的數據，因爲不關心數據來源，因此把後兩個參數設爲0
	recvfrom(sockfd, &c, sizeof(char), 0, 0, 0);

	printf("char from server = %c\n", c);

	// 關閉套接字
	close(sockfd);
	exit(0);
}

運行結果以下：

先運行服務器程序，以下：

再運行三個客戶端：以下：

在本例子中，咱們啓動了一個服務器程序和三個客戶程序，從運行的結果來看，客戶端發送給服務器程序的全部請求都獲得了處理，即把大寫字母變成了小寫。recvfrom()調用是阻塞的調用，即只有當接收到數據纔會返回。

5、數據報套接字與流套接字的比較

一、從使用的便利和效率來說

咱們能夠看到使用數據報套接字的確是比使用流套接字簡單，並且快速。

由於使用流套接字的程序，客戶程序須要調用connect()來建立一個到服務器程序的鏈接，並須要維持這個鏈接，服務器程序也須要調用listen()來建立一個隊列來保存未處理的請求，當有數據到達時，服務器也不須要調用accept()來接受鏈接並建立一個新socket描述符來處理請求。

再來看看使用數據報套接字的程序，服務器程序與客戶程序所使用的系統調用大體相同，服務器程序只比客戶程序多使用了一個bind()調用。基於數據報套接字的程序，只須要使用sendto()調用來向指定IP端口的程序發送信息，使用recvfrom()調用從指向的IP端口接收信息便可。由於它並不須要創建一個鏈接，接受鏈接等，因此省去了不少的功夫。

二、從使用場合來說

咱們知道流套接字是基於TCP/IP協議的，它是一種安全的協議，提供的是一個有序、可靠、雙向字節流的鏈接，發送的數據能夠確保不會丟失、重複或亂序到達，並且它還有必定的出錯後從新發送的機制。因此它比較適合用來發送信息量大的數據文件，或對數據完整性要求較高的文件，如壓縮文件、視頻文件等

而數據報套接字是基於UDP/IP協議實現的。它對能夠發送的數據的長度有限制，數據報做爲一個單獨的網絡消息被傳輸,它可能會丟失、複製或錯亂到達，UDP不是一個可靠的協議，可是它的速度比較高。因此它比較適合發送一些對實時性要求較高，可是對安全性和完整性要求不過高的數據。如咱們熟悉的聊天信息，即便有一點的丟失也不會形成理解上的大的問題。

 

 

參考：

http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10697935