共计 7697 个字符，预计需要花费 20 分钟才能阅读完成。
“所有皆 Socket！”
话虽些许夸大，然而事实也是，当初的网络编程简直都是用的 socket。
——有感于理论编程和开源我的项目钻研。
咱们深谙信息交换的价值，那网络中过程之间如何通信，如咱们每天关上浏览器浏览网页时，浏览器的过程怎么与 web 服务器通信的？当你用 QQ 聊天时，QQ 过程怎么与服务器或你好友所在的 QQ 过程通信？这些都得靠 socket？那什么是 socket？socket 的类型有哪些？还有 socket 的根本函数，这些都是本文想介绍的。本文的次要内容如下：
1、网络中过程之间如何通信？
2、Socket 是什么？
3、socket 的基本操作
3.1、socket()函数
3.2、bind()函数
3.3、listen()、connect()函数
3.4、accept()函数
3.5、read()、write()函数等
3.6、close()函数
4、socket 中 TCP 的三次握手建设连贯详解
5、socket 中 TCP 的四次握手开释连贯详解
6、一个例子（实际一下）
7、留下一个问题，欢送大家回帖答复！！！
如果感觉文章对你有帮忙，无妨给我点个关注
知乎：秃顶之路
b 站：linux 亦有归途
每天都会更新咱们的公开课录播以及编程干货和大厂面经
或者间接点击链接
https://ke.qq.com/course/4177…
来课堂上跟咱们讲师面对面交换
须要大厂面经跟学习纲要的小伙伴能够加群 973961276 获取
1、网络中过程之间如何通信？
本地的过程间通信（IPC）有很多种形式，但能够总结为上面 4 类：
消息传递（管道、FIFO、音讯队列）同步（互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）共享内存（匿名的和具名的）近程过程调用（Solaris 门和 Sun RPC）
但这些都不是本文的主题！咱们要探讨的是网络中过程之间如何通信？首要解决的问题是如何惟一标识一个过程，否则通信无从谈起！在本地能够通过过程 PID 来惟一标识一个过程，然而在网络中这是行不通的。其实 TCP/IP 协定族曾经帮咱们解决了这个问题，网络层的“ip 地址”能够惟一标识网络中的主机，而传输层的“协定 + 端口”能够惟一标识主机中的应用程序（过程）。这样利用三元组（ip 地址，协定，端口）就能够标识网络的过程了，网络中的过程通信就能够利用这个标记与其它过程进行交互。
应用 TCP/IP 协定的应用程序通常采纳利用编程接口：UNIX BSD 的套接字（socket）和 UNIX System V 的 TLI（曾经被淘汰），来实现网络过程之间的通信。就目前而言，简直所有的应用程序都是采纳 socket，而当初又是网络时代，网络中过程通信是无处不在，这就是我为什么说“所有皆 socket”。
2、什么是 Socket？
下面咱们曾经晓得网络中的过程是通过 socket 来通信的，那什么是 socket 呢？socket 起源于 Unix，而 Unix/Linux 根本哲学之一就是“所有皆文件”，都能够用“关上 open –> 读写 write/read –> 敞开 close”模式来操作。我的了解就是 Socket 就是该模式的一个实现，socket 即是一种非凡的文件，一些 socket 函数就是对其进行的操作（读 / 写 IO、关上、敞开），这些函数咱们在前面进行介绍。
socket 一词的起源在组网畛域的首次应用是在 1970 年 2 月 12 日公布的文献 IETF RFC33 中发现的，撰写者为 Stephen Carr、Steve Crocker 和 Vint Cerf。依据美国计算机历史博物馆的记录，Croker 写道：“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口形成一个连贯的一端，而一个连贯可齐全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道：“这比 BSD 的套接字接口定义早了大概 12 年。”
3、socket 的基本操作
既然 socket 是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么 socket 就提供了这些操作对应的函数接口。上面以 TCP 为例，介绍几个根本的 socket 接口函数。
3.1、socket()函数
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket 函数对应于一般文件的关上操作。一般文件的关上操作返回一个文件形容字，而 socket()用于创立一个 socket 描述符（socket descriptor），它惟一标识一个 socket。这个 socket 形容字跟文件形容字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如能够给 fopen 的传入不同参数值，以关上不同的文件。创立 socket 的时候，也能够指定不同的参数创立不同的 socket 描述符，socket 函数的三个参数别离为：
domain：即协定域，又称为协定族（family）。罕用的协定族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称 AF_UNIX，Unix 域 socket）、AF_ROUTE 等等。协定族决定了 socket 的地址类型，在通信中必须采纳对应的地址，如 AF_INET 决定了要用 ipv4 地址（32 位的）与端口号（16 位的）的组合、AF_UNIX 决定了要用一个绝对路径名作为地址。type：指定 socket 类型。罕用的 socket 类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET 等等（socket 的类型有哪些？）。protocol：故名思意，就是指定协定。罕用的协定有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC 等，它们别离对应 TCP 传输协定、UDP 传输协定、STCP 传输协定、TIPC 传输协定（这个协定我将会独自开篇探讨！）。
留神：并不是下面的 type 和 protocol 能够随便组合的，如 SOCK_STREAM 不能够跟 IPPROTO_UDP 组合。当 protocol 为 0 时，会主动抉择 type 类型对应的默认协定。
当咱们调用 socket 创立一个 socket 时，返回的 socket 形容字它存在于协定族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用 bind()函数，否则就当调用 connect()、listen()时零碎会主动随机调配一个端口。
3.2、bind()函数
正如下面所说 bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给 socket。例如对应 AF_INET、AF_INET6 就是把一个 ipv4 或 ipv6 地址和端口号组合赋给 socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数别离为：
sockfd：即 socket 形容字，它是通过 socket()函数创立了，惟一标识一个 socket。bind()函数就是将给这个形容字绑定一个名字。addr：一个 const struct sockaddr * 指针，指向要绑定给 sockfd 的协定地址。这个地址构造依据地址创立 socket 时的地址协定族的不同而不同，如 ipv4 对应的是：struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */}; /* Internet address. */ struct in_addr {uint32_t s_addr; /* address in network byte order */}; ipv6 对应的是：struct sockaddr_in6 {sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */ in_port_t sin6_port; /* port number */ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ }; struct in6_addr {unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */ }; Unix 域对应的是：#define UNIX_PATH_MAX 108 struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ };
addrlen：对应的是地址的长度。
通常服务器在启动的时候都会绑定一个家喻户晓的地址（如 ip 地址 + 端口号），用于提供服务，客户就能够通过它来接连服务器；而客户端就不必指定，有零碎主动调配一个端口号和本身的 ip 地址组合。这就是为什么通常服务器端在 listen 之前会调用 bind()，而客户端就不会调用，而是在 connect()时由零碎随机生成一个。
网络字节序与主机字节序主机字节序就是咱们平时说的大端和小端模式：不同的 CPU 有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保留的程序，这个叫做主机序。援用规范的 Big-Endian 和 Little-Endian 的定义如下：
a) Little-Endian 就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian 就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4 个字节的 32 bit 值以上面的秩序传输：首先是 0～7bit，其次 8～15bit，而后 16～23bit，最初是 24~31bit。这种传输秩序称作大端字节序。因为 TCP/IP 首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种秩序，因而它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的程序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的寄存程序，一个字节的数据没有程序的问题了。所以：在将一个地址绑定到 socket 的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假设主机字节序跟网络字节序一样应用的是 Big-Endian。因为这个问题曾引发过血案！公司我的项目代码中因为存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假设，务必将其转化为网络字节序再赋给 socket。
3.3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用 socket()、bind()之后就会调用 listen()来监听这个 socket，如果客户端这时调用 connect()收回连贯申请，服务器端就会接管到这个申请。
int listen(int sockfd, int backlog); int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen 函数的第一个参数即为要监听的 socket 形容字，第二个参数为相应 socket 能够排队的最大连贯个数。socket()函数创立的 socket 默认是一个被动类型的，listen 函数将 socket 变为被动类型的，期待客户的连贯申请。
connect 函数的第一个参数即为客户端的 socket 形容字，第二参数为服务器的 socket 地址，第三个参数为 socket 地址的长度。客户端通过调用 connect 函数来建设与 TCP 服务器的连贯。
3.4、accept()函数
TCP 服务器端顺次调用 socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的 socket 地址了。TCP 客户端顺次调用 socket()、connect()之后就想 TCP 服务器发送了一个连贯申请。TCP 服务器监听到这个申请之后，就会调用 accept()函数取接管申请，这样连贯就建设好了。之后就能够开始网络 I / O 操作了，即类同于一般文件的读写 I / O 操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr addr, socklen_t addrlen);
accept 函数的第一个参数为服务器的 socket 形容字，第二个参数为指向 struct sockaddr * 的指针，用于返回客户端的协定地址，第三个参数为协定地址的长度。如果 accpet 胜利，那么其返回值是由内核主动生成的一个全新的形容字，代表与返回客户的 TCP 连贯。
留神：accept 的第一个参数为服务器的 socket 形容字，是服务器开始调用 socket()函数生成的，称为监听 socket 形容字；而 accept 函数返回的是已连贯的 socket 形容字。一个服务器通常通常仅仅只创立一个监听 socket 形容字，它在该服务器的生命周期内始终存在。内核为每个由服务器过程承受的客户连贯创立了一个已连贯 socket 形容字，当服务器实现了对某个客户的服务，相应的已连贯 socket 形容字就被敞开。
3.5、read()、write()等函数
万事具备只欠东风，至此服务器与客户曾经建设好连贯了。能够调用网络 I / O 进行读写操作了，即实现了网咯中不同过程之间的通信！网络 I / O 操作有上面几组：
read()/write()recv()/send()readv()/writev()recvmsg()/sendmsg()recvfrom()/sendto()
我举荐应用 recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的 I / O 函数，实际上能够把下面的其它函数都替换成这两个函数。它们的申明如下：
read 函数是负责从 fd 中读取内容. 当读胜利时，read 返回理论所读的字节数，如果返回的值是 0 示意曾经读到文件的完结了，小于 0 示意呈现了谬误。如果谬误为 EINTR 阐明读是由中断引起的，如果是 ECONNREST 示意网络连接出了问题。
write 函数将 buf 中的 nbytes 字节内容写入文件描述符 fd. 胜利时返回写的字节数。失败时返回 -1，并设置 errno 变量。在网络程序中，当咱们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write 的返回值大于 0，示意写了局部或者是全副的数据。2)返回的值小于 0，此时呈现了谬误。咱们要依据谬误类型来解决。如果谬误为 EINTR 示意在写的时候呈现了中断谬误。如果为 EPIPE 示意网络连接呈现了问题(对方曾经敞开了连贯)。
其它的我就不一一介绍这几对 I / O 函数了，具体参见 man 文档或者 baidu、Google，上面的例子中将应用到 send/recv。
3.6、close()函数
在服务器与客户端建设连贯之后，会进行一些读写操作，实现了读写操作就要敞开相应的 socket 形容字，好比操作完关上的文件要调用 fclose 敞开关上的文件。
include <unistd.h> int close(int fd);
close 一个 TCP socket 的缺省行为时把该 socket 标记为以敞开，而后立刻返回到调用过程。该形容字不能再由调用过程应用，也就是说不能再作为 read 或 write 的第一个参数。
留神：close 操作只是使相应 socket 形容字的援用计数 -1，只有当援用计数为 0 的时候，才会触发 TCP 客户端向服务器发送终止连贯申请。
4、socket 中 TCP 的三次握手建设连贯详解
咱们晓得 tcp 建设连贯要进行“三次握手”，即替换三个分组。大抵流程如下：
客户端向服务器发送一个 SYN J 服务器向客户端响应一个 SYN K，并对 SYN J 进行确认 ACK J+ 1 客户端再想服务器发一个确认 ACK K+1
只有就完了三次握手，然而这个三次握手产生在 socket 的那几个函数中呢？请看下图：
图 1、socket 中发送的 TCP 三次握手
从图中能够看出，当客户端调用 connect 时，触发了连贯申请，向服务器发送了 SYN J 包，这时 connect 进入阻塞状态；服务器监听到连贯申请，即收到 SYN J 包，调用 accept 函数接管申请向客户端发送 SYN K，ACK J+1，这时 accept 进入阻塞状态；客户端收到服务器的 SYN K，ACK J+ 1 之后，这时 connect 返回，并对 SYN K 进行确认；服务器收到 ACK K+ 1 时，accept 返回，至此三次握手结束，连贯建设。
总结：客户端的 connect 在三次握手的第二个次返回，而服务器端的 accept 在三次握手的第三次返回。
5、socket 中 TCP 的四次握手开释连贯详解
下面介绍了 socket 中 TCP 的三次握手建设过程，及其波及的 socket 函数。当初咱们介绍 socket 中的四次握手开释连贯的过程，请看下图：
图 2、socket 中发送的 TCP 四次握手
图示过程如下：
某个利用过程首先调用 close 被动敞开连贯，这时 TCP 发送一个 FIN M；另一端接管到 FIN M 之后，执行被动敞开，对这个 FIN 进行确认。它的接管也作为文件结束符传递给利用过程，因为 FIN 的接管意味着利用过程在相应的连贯上再也接管不到额定数据；一段时间之后，接管到文件结束符的利用过程调用 close 敞开它的 socket。这导致它的 TCP 也发送一个 FIN N；接管到这个 FIN 的源发送端 TCP 对它进行确认。
这样每个方向上都有一个 FIN 和 ACK。
6、一个例子（实际一下）
说了这么多了，入手实际一下。上面编写一个简略的服务器、客户端（应用 TCP）——服务器端始终监听本机的 6666 号端口，如果收到连贯申请，将接管申请并接管客户端发来的音讯；客户端与服务器端建设连贯并发送一条音讯。
服务器端代码：
服务器端
客户端代码：
客户端
当然下面的代码很简略，也有很多毛病，这就只是简略的演示 socket 的根本函数应用。其实不论有多简单的网络程序，都应用的这些根本函数。下面的服务器应用的是迭代模式的，即只有解决完一个客户端申请才会去解决下一个客户端的申请，这样的服务器解决能力是很弱的，事实中的服务器都须要有并发解决能力！为了须要并发解决，服务器须要 fork()一个新的过程或者线程去解决申请等。
7、动动手
留下一个问题，欢送大家回帖答复！！！是否相熟 Linux 下网络编程？如相熟，编写如下程序实现如下性能：
服务器端：
接管地址 192.168.100.2 的客户端信息，如信息为“Client Query”，则打印“Receive Query”
客户端：
向地址 192.168.100.168 的服务器端程序发送信息“Client Query test”，“Cleint Query”，“Client Query Quit”，而后退出。
题目中呈现的 ip 地址能够依据理论状况定。
——本文只是介绍了简略的 socket 编程。
更为简单的须要本人持续深刻。
（unix domain socket）应用 udp 发送 >=128K 的音讯会报 ENOBUFS 的谬误（一个理论 socket 编程中遇到的问题，心愿对你有帮忙）
都看到这里了，无妨关注我，后续会继续更新编程相干学习教训，心愿对大家能有所帮忙
