編程文章: Linux Socket Programming 淺談 -- 教你的程式如何透過網路溝通
此文章由 zunix 發表於11月30日 (星期日) 下午12:08      http://www.linuxhall.org/modules.php?name=News&file=article&sid=79          
眾所周知，Networking 一向也是 Unix/Linux 的強項，你可以架設各種不同的 Linux 伺服器，但是，你又否想過你也可以在 Linux 上寫自己的伺服器程式呢？這次我便為大家淺談如何寫一個簡單的 Server-client program，讓大家一嘗自己寫伺服器程式的滋味。        作者: Kam Tik Email: kamtik@www.linux.org.hk     當然，你必需先學會寫 C 才可以寫 server-client program。在這裡，我會假設大家已經學會。這裡我會分開兩部份，分別是用戶端和伺服端。先看看如何寫用戶端程式吧，為了了解 client program 的基本運作原理，我們首先看看 client program 的流程圖。     由上圖可以看到，程式的流程是先建立了 socket data，接著便是連接伺服器，然後便可以寫進或讀取資料，而這個過程可以重複，直至寫入和讀取完所需資訊後，才關閉連接，過程非常似在硬碟中存取資料。     因此，我們的第一步是要建立 socket data。首先我們要匯入一個程式館 (library)：     #include 
#include     這兩個 header file 內含所需的函式和 structure 定義。像使用 open() 函式去建立一個 file descriptor 用來存取硬碟中的資料一樣，我們可以用 socket() 函式去建立一個 socket descriptor，socket() 的一般用法如下：     Prototype:
int socket (int domain, int type, int protocol);    其中 domain 可以是常數值 PF_INET、PF_LOCAL、PF_IPX 或 PF_INET6：
PF_INET 使用 IPv4 協定制式 
PF_LOCAL 一般只用作 system logger 或 print queue 
PF_IPX  Novell 網絡協定制式 
PF_INET6  使用 IPv6 協定制式      而 type 就選用 SOCK_STREAM 常數值，可以作 byte stream 傳輸。而 protocol 是 network byte order ，SOCK_STREAM 只支援 protocol = 0。如果 socket() 函式發生錯誤，便會回傳負數值。     socket() 的例子：    int sockfd;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);    建立了 socket descriptor 後，我們便可以用 connect() 函式連接到伺服端了：     connect() 的 prototype:    int connect(int sd, struct sockaddr *server, int addr_len);    其中 sd 是剛才的 socket descriptor，*server 是一個 structure 包含著伺服端的描述， addr_len 是 *server 所指著的 structure 的大小。要建立這個 structure，我們先要宣告這個 structure：     struct sockaddr_in dest;    然後再初始化 (initialize) 這個 structure 的某些值，如下：     bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);    bzero 會把 dest 中的變數的值變為 0，然後把 dest 中的 sin_family 設為 domain (PF_INET, PF_LOCAL, PF_IPX, PF_INET6)，第三句中 8889 是 port number，是伺服端中要連接到的那一個 port number，而第四句中 "127.0.0.1" 這個字串是伺服器的 IP 位址，在這裡即是機器本身。     connect() 的例子：    connect(sockfd, &dest, sizeof(dest));    如果 connect 過程中有錯誤 (例如未連接網路)，便會回傳 0。     到第三階段，可以存取資料了，要讀取資料，我們可以用 recv() 函式：     recv() 的 prototype:    int recv(int sockfd, void* buf, int maxbuf, int options);    其中 sockfd 是 socket 傳回的 socket descriptor，buf 是收到資料後存放的緩沖位置，maxbuf 是緩沖區 buf 的大小，options 是一些選項 (MSG_OOB, MSG_PEEK, MSG_WAITALL, MSG_ERRQUEUE, MSG_NOSIGNAL, MSG_ERRQUEUE)，在這裡的示範會使用 0。recv() 會回傳收到資訊的大小值，如有錯誤，會回傳負數值。     recv() 的例子：    char buffer[128];
recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);    要傳輸資料，我們可以用 send() 函式：     send() 的 prototype:    int send(int sockfd, void *buffer, int msg_len, int options);    其中 sockfd、buffer 和 msg_len 和 recv() 的相同，只不過是這次把要傳輸的資訊先放進 buffer 罷了。而 options 有 MSG_OOB, MSG_DONTROUTE, MSG_DONTWAIT, MSG_NOSIGNAL，在這裡我們也會使用 0。和 recv() 一樣，send() 會回傳傳輸的總大小值。     send() 的例子：    char buffer[] = "Hello World!";
send(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);    最後可以關閉連結了！方法非常簡單，只要把 socket descriptor 交給 close() 函式便可。     close() 例子：    close(sockfd);    結合以上多項，我們便可以合為一個用戶端程式，範例如下 (sample-client.c)：
注: 並沒有 error handling，如果伺服器不是機器本身，請修改 "127.0.0.1" 為伺服器的 IP。例如 "192.168.1.1"。     #include 
#include 
#include     int main()
{
        int sockfd;
        struct sockaddr_in dest;
        char buffer[128];            /* create socket */
        sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        
        /* initialize value in dest */
        bzero(&dest, sizeof(dest));
        dest.sin_family = PF_INET;
        dest.sin_port = htons(8889);
        inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);            /* Connecting to server */
        connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
        
        /* Receive message from the server and print to screen */
        bzero(buffer, 128);
        recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
        printf("%s", buffer);            /* Close connection */
        close(sockfd);            return 0;
}    要編釋這個程式，使用指令: gcc sample-client.c -o sample-client
要執行程式可以使用指令: ./sample-client
不過在伺服器並未架設前請不要執行程式。     好了，這次我們要學寫伺服器程式，並實伺服器和用戶端程式的流程分別不大，只是多了幾個步驟：     中間由 close(client) 到 accept 的箭咀是個循環 (loop)，而且這個循環是無限的，代表它不斷接受用戶端的連接。     我們要用 bind() 來設定一個 port number 給這個伺服器程式：     bind() 的 prototype:    int bind(int sockfd, struct sockaddr* addr, int addrlen);    其中 addr 也是 sockaddr structure，和先前的初始化過程一樣，不過 sin_addr.s_addr 就改設為 INADDR_ANY。而 addrlen 便是 addr 的大小。     接著用 listen() 使程式可接收 socket：     listen() 的 prototype:    int listen(int sockfd, int queue_len);    queue_len 是可被連接數目的最大值。如沒有錯誤，它回傳 0。     要等待及接受連接，我們要使用 accept() 函式：     accept 的 prototype:    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addr_len)    它會回傳一個 socket descriptor，用作存取。     結合這些新的元素和新的流程圖，便可以寫伺服器程式了。這個範例是 sample-client 的伺服器程式 (sample-server.c)：注: 並沒有 error handling     #include 
#include 
#include     int main()
{
        int sockfd;
        struct sockaddr_in dest;
        char buffer[] = "Hello World!";            /* create socket , same as client */
        sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);            /* initialize structure dest */
        bzero(&dest, sizeof(dest));
        dest.sin_family = PF_INET;
        dest.sin_port = htons(8889);
        /* this line is different from client */
        dest.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;            /* Assign a port number to socket */
        bind(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));            /* make it listen to socket with max 20 connections */
        listen(sockfd, 20);            /* infinity loop -- accepting connection from client forever */
        while(1)
        {
                int clientfd;
                struct sockaddr_in client_addr;
                int addrlen = sizeof(client_addr);                    /* Wait and Accept connection */
                clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen);                    /* Send message */
                send(clientfd, buffer, sizeof(buffer), 0);                    /* close(client) */
                close(clientfd);
        }            /* close(server) , but never get here because of the loop */
        close(sockfd);
        return 0;
}    編釋: gcc sample-server.c -o sample-server
執行: ./sample-server     執行後它便開始接受連接，可以執行 sample-client 試試，便可以接收到 "Hello World!" 這個訊息了！要結束 sample-server 可以按 Ctrl-C。要把 sample-server 放在 background 中工作，可以用 ./sample-server &     如各位想下載源程式碼回來試試，可以到：     http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-client.c
http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-server.c     原文刊載在 LinuxHall 第 16 期