【计算机网络】网络编程接口 Socket API 解读（5）

   Socket 是网络协议栈暴露给编程人员的 API，相比复杂的计算机网络协议，API 对关键操作和配置数据进行了抽象，简化了程序编程。

        本文讲述的 socket 内容源自 Linux man。本文主要对各 API 进行详细介绍，从而更好的理解 socket 编程。

---

connect

connect()           遵循 POSIX.1 - 2008

1.库

标准 c 库，libc, -lc

2.头文件

<sys/socket.h>

3.接口定义

        int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

4.接口描述

        connect() 系统调用在 sockfd 指定的 socket 上连接 addr 指定的地址，addrlen 参数指定了 addr 的大小，addr 地址格式取决于 socket 的地址空间，可以参考 socket(2)。

        如果 socket 是 SOCK_DGRAM 类型，那么 addr 是发送报文的默认地址，也是唯一接收报文的地址。如果 socket 类型是 SOCK_STREAM 或者 SOCK_SEQPACKET，那么这个调用就是尝试和绑定了 addr 地址的 socket 建立连接。

        一些协议套接字（比如 UNIX 流套接字）只能成功连接一次。

        一些协议套接字（比如 UNIX TCP 套接字和网络数据报套接字）可以多次 connect() 来修改连接。

        一些协议套接字（比如 UNIX TCP 套接字和网络数据报套接字）可以通过将 sockaddr 的 sa_family 设置为 AF_UNSPEC 来消除连接，之后 socket 就可以连接到其他地址了。（AF_UNSPEC 在 Linux 2.2 之后支持）。

5.返回值

        如果连接或者绑定成功，那么返回 0。

        发生错误时，返回 -1，并设置errno 来指示错误类型。

        错误值定义如下（这里指示普通 socket 的错误，还可能存在 domain-specific 错误码）：

EACCES	UNIX 域套接字通过路径名唯一标识，并且是套接字文件是没有写权限的，路径中任何一级的搜索权限也是没有的，可以参考 path_resolution(7)
EACCES/EPERM	用户尝试连接到一个广播地址，却没有设置套接字的广播标记，或者请求被防火墙规则拦截了
EACCES	如果开启了 SELinux 策略，也可能会导致连接被拒绝（比如策略规定 HTTP 代理只能连接到 HTTP 服务器关联的端口，而 HTTP 代理却连接了其他端口）
EADDRINUSE	本地地址已经在用了
EADDRNOTAVAIL	（网络域套接字）sockfd 指定的套接字没有绑定到地址，并且在尝试将其绑定到临时端口时，临时端口用尽了
EAFNOSUPPORT	地址家族不正确
EAGAIN	对于非阻塞的 UNIX 域套接字，套接字是非阻塞的，连接无法立即完成。对于其他套接字家族，这个错误标识路由缓存没有足够的条目了
EALREADY	套接字是非阻塞的，并且之前的连接尝试还没有完成
EBADF	sockfd 不是一个打开的文件描述符
ECONNREFUSED	connect() 操作的流套接字发现没有人在监听对应的远程地址
EFAULT	套接字结构地址超出用户地址空间
EINPROGRESS	套接字是非阻塞的，连接不能立即完成。（UNIX 域套接字会返回 EAGAIN）。可以通过 select(2) 或者 poll(2) 查看套接字的可写事件，来确定连接完成。select(2) 指示可写后，使用 getsockopt(2) 来读取 SOL_SOCKET 级的 SO_ERROR 选项，来确定连接完全成功（SO_ERROR 为 0）或者未成功（SO_ERROR 为这里列出来的普通错误）。
EINTR	系统调用被信号打断
EISCONN	套接字已经连接
ENETUNREACH	网络不可达
ENOTSOCK	文件描述符并没有指向一个套接字
EPROTOTYPE	该套接字不支持指定的通信协议。这个错误可能在出现在连接一个 UNIX 域报文套接字到一个流套接字
ETIMEDOUT	连接超时。可能是服务器太忙了以至于无法接收新的连接。注意：当服务器开启 syncookies 时，IP 套接字的超时可能会非常长。

6.注意

       如果 connect() 失败，那么套接字的状态是未知的。一个易于移植的程序应该关闭该套接字应该再创建一个新套接字，重新连接。

7.代码

        这里我们展示下 select() 的用法示例，来将最近几篇内容串起来：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/time.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>#define SERVER_PORT  12345#define TRUE             1
#define FALSE            0main (int argc, char *argv[])
{int    i, len, rc, on = 1;int    listen_sd, max_sd, new_sd;int    desc_ready, end_server = FALSE;int    close_conn;char   buffer[80];struct sockaddr_in6   addr;struct timeval       timeout;struct fd_set        master_set, working_set;/*************************************************************//* Create an AF_INET6 stream socket to receive incoming      *//* connections on                                            *//*************************************************************/listen_sd = socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, 0);if (listen_sd < 0){perror("socket() failed");exit(-1);}/*************************************************************//* Allow socket descriptor to be reuseable                   *//*************************************************************/rc = setsockopt(listen_sd, SOL_SOCKET,  SO_REUSEADDR,(char *)&on, sizeof(on));if (rc < 0){perror("setsockopt() failed");close(listen_sd);exit(-1);}/*************************************************************//* Set socket to be nonblocking. All of the sockets for      *//* the incoming connections will also be nonblocking since   *//* they will inherit that state from the listening socket.   *//*************************************************************/rc = ioctl(listen_sd, FIONBIO, (char *)&on);if (rc < 0){perror("ioctl() failed");close(listen_sd);exit(-1);}/*************************************************************//* Bind the socket                                           *//*************************************************************/memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin6_family      = AF_INET6;memcpy(&addr.sin6_addr, &in6addr_any, sizeof(in6addr_any));addr.sin6_port        = htons(SERVER_PORT);rc = bind(listen_sd,(struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if (rc < 0){perror("bind() failed");close(listen_sd);exit(-1);}/*************************************************************//* Set the listen back log                                   *//*************************************************************/rc = listen(listen_sd, 32);if (rc < 0){perror("listen() failed");close(listen_sd);exit(-1);}/*************************************************************//* Initialize the master fd_set                              *//*************************************************************/FD_ZERO(&master_set);max_sd = listen_sd;FD_SET(listen_sd, &master_set);/*************************************************************//* Initialize the timeval struct to 3 minutes.  If no        *//* activity after 3 minutes this program will end.           *//*************************************************************/timeout.tv_sec  = 3 * 60;timeout.tv_usec = 0;/*************************************************************//* Loop waiting for incoming connects or for incoming data   *//* on any of the connected sockets.                          *//*************************************************************/do{/**********************************************************//* Copy the master fd_set over to the working fd_set.     *//**********************************************************/memcpy(&working_set, &master_set, sizeof(master_set));/**********************************************************//* Call select() and wait 3 minutes for it to complete.   *//**********************************************************/printf("Waiting on select()...\n");rc = select(max_sd + 1, &working_set, NULL, NULL, &timeout);/**********************************************************//* Check to see if the select call failed.                *//**********************************************************/if (rc < 0){perror("  select() failed");break;}/**********************************************************//* Check to see if the 3 minute time out expired.         *//**********************************************************/if (rc == 0){printf("  select() timed out.  End program.\n");break;}/**********************************************************//* One or more descriptors are readable.  Need to         *//* determine which ones they are.                         *//**********************************************************/desc_ready = rc;for (i=0; i <= max_sd  &&  desc_ready > 0; ++i){/*******************************************************//* Check to see if this descriptor is ready            *//*******************************************************/if (FD_ISSET(i, &working_set)){/****************************************************//* A descriptor was found that was readable - one   *//* less has to be looked for.  This is being done   *//* so that we can stop looking at the working set   *//* once we have found all of the descriptors that   *//* were ready.                                      *//****************************************************/desc_ready -= 1;/****************************************************//* Check to see if this is the listening socket     *//****************************************************/if (i == listen_sd){printf("  Listening socket is readable\n");/*************************************************//* Accept all incoming connections that are      *//* queued up on the listening socket before we   *//* loop back and call select again.              *//*************************************************/do{/**********************************************//* Accept each incoming connection.  If       *//* accept fails with EWOULDBLOCK, then we     *//* have accepted all of them.  Any other      *//* failure on accept will cause us to end the *//* server.                                    *//**********************************************/new_sd = accept(listen_sd, NULL, NULL);if (new_sd < 0){if (errno != EWOULDBLOCK){perror("  accept() failed");end_server = TRUE;}break;}/**********************************************//* Add the new incoming connection to the     *//* master read set                            *//**********************************************/printf("  New incoming connection - %d\n", new_sd);FD_SET(new_sd, &master_set);if (new_sd > max_sd)max_sd = new_sd;/**********************************************//* Loop back up and accept another incoming   *//* connection                                 *//**********************************************/} while (new_sd != -1);}/****************************************************//* This is not the listening socket, therefore an   *//* existing connection must be readable             *//****************************************************/else{printf("  Descriptor %d is readable\n", i);close_conn = FALSE;/*************************************************//* Receive all incoming data on this socket      *//* before we loop back and call select again.    *//*************************************************/do{/**********************************************//* Receive data on this connection until the  *//* recv fails with EWOULDBLOCK.  If any other *//* failure occurs, we will close the          *//* connection.                                *//**********************************************/rc = recv(i, buffer, sizeof(buffer), 0);if (rc < 0){if (errno != EWOULDBLOCK){perror("  recv() failed");close_conn = TRUE;}break;}/**********************************************//* Check to see if the connection has been    *//* closed by the client                       *//**********************************************/if (rc == 0){printf("  Connection closed\n");close_conn = TRUE;break;}/**********************************************//* Data was received                          *//**********************************************/len = rc;printf("  %d bytes received\n", len);/**********************************************//* Echo the data back to the client           *//**********************************************/rc = send(i, buffer, len, 0);if (rc < 0){perror("  send() failed");close_conn = TRUE;break;}} while (TRUE);/*************************************************//* If the close_conn flag was turned on, we need *//* to clean up this active connection.  This     *//* clean up process includes removing the        *//* descriptor from the master set and            *//* determining the new maximum descriptor value  *//* based on the bits that are still turned on in *//* the master set.                               *//*************************************************/if (close_conn){close(i);FD_CLR(i, &master_set);if (i == max_sd){while (FD_ISSET(max_sd, &master_set) == FALSE)max_sd -= 1;}}} /* End of existing connection is readable */} /* End of if (FD_ISSET(i, &working_set)) */} /* End of loop through selectable descriptors */} while (end_server == FALSE);/*************************************************************//* Clean up all of the sockets that are open                 *//*************************************************************/for (i=0; i <= max_sd; ++i){if (FD_ISSET(i, &master_set))close(i);}
}