Linux IPC udp/ip socket 编程：一种实现网络通信的高效方式

Linux系统是一种支持多任务并发执行的操作系统，它可以同时运行多个进程，从而提高系统的利用率和效率。但是，如果这些进程之间需要进行数据交换和协作，就需要使用一些进程间通信（IPC）的方式，例如信号、消息队列、共享内存、信号量等。其中，udp/ip socket是一种比较高效而灵活的IPC方式，它可以让两个或多个进程通过网络来进行数据传输，无需关心网络的具体细节和协议。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
//服务器:    

socket()              //创建socket            
struct sockaddr_in    //准备通信地址
bind()                //绑定socket和addr 
sendto()/recvfrom     //进行通信
close()               //关闭socket

//客户端:

socket()              //创建socket:
//准备通信地址:服务器的地址
sendto()/recv()       //进行通信:
close()               //关闭socket:

socket()

//创建网络端点，返回socket文件描述符，失败返回-1设errno

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

domain :协议族(protocol family)(网络通讯(IP)还是本地通讯(xxx.socket))

• AF_INET用于实现给予ipv4网络协议的网络协议
  type :协议(TCP还是UDP)
• SOCK_DGRAM //数据报套接字, 实现包括但不限于UDP协议, which is不可靠,无连接的数据报通信方
  protocol: 特殊协议, 一般给0

准备通信地址:

struct sockaddr{    //主要用于函数的形参类型, 很少定义结构体变量使用, 叫做通用的通信地址类型//$man bind
    sa_family_t     sa_family;
    char            sa_data[14];
}
struct sockaddr_in{ //准备网络通信的通信地址   //$man in.h
    sa_family_t sin_family;     //协议族, 就是socket()的domain的AF_INET
    in_port_t       sin_port;   //端口号
    struct in_addr  sin_addr;   //IP地址，
                    //当前网段的最大ip地址是广播地址，即，xxx.xxx.xxx.255。
                    //255.255.255.255在所有网段都是广播地址
}
struct in_addr{ 
    in_addr_t   s_addr;     //整数类型的IP地址
}

bind()

//把通信地址和socket文件描述符绑定，用在服务器端，成功返回0,失败返回-1设errno

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

sockfd: socket文件的fd(returned by socket())
addr: 需要强制类型转换成socketaddr_un或soketaddr_in, 参见上
addrlen: 通信地址的大小, 使用sizeof();

sendto()

//向指定的socket和相应的地址发送消息，成功返回实际发送数据的大小，失败返回-1设errno
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct 
sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

dest_addr:目标地址(收件人信息)
addrlen: 目标地址的大小

ANote

• send(sockfd, buf, len, flags);等价于 sendto(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);
• recv()/ send()表示通过sockfd收发数据, 因为tcp下, 收发之前sockfd已经和相应的地址连接了,所以不需要指定收发谁的/给谁, 但是udp因为收发时没有连接, 所以需要指定

recvfrom()

//从指定的socket和相应的地址接受消息，并提供来电显示的功能，成功返回实际接收的数据大小，
失败返回-1设errno
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr 
*src_addr, socklen_t *addrlen);

src_addr: 结构体指针, 用于保存数据发送方的通信地址
addrlen: 指针类型, 用于保存发送方的地址大小

Note:

• recv(sockfd, buf, len, flags); 等价于 recvfrom(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);
• accept() and recvfrom() 后面的参数是用来提供来电显示的
• 一个server对应多个client
• server可以不知道client的地址, 但是client得知道server的地址
• send data 一定要知道对方地址
• receive data不需要知道对方地址
• TCP/IP的socket都是SOCK_STREAM的，全程连接，通过socket就能找到对方地址， send data的话，直接丢给socket就行
• UDP/IP的socket是SOCK_DGRAM的，不全程连接，不能通过socket找到对方，send data的话，server中需要使用recvfrom()来知道client的地址, 所以肯定要sendto()；client本来就知道server的地址, 直接sendto()
• recvfrom()的唯一意义就是在udp-server中配合sendto()使用
• 因为不能通过socket找到对方, 只要是udp发消息, 就得通过sendto()

例子-一对一的upd/ip协议的服务器模型

//udp/ip server 五步走
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(){
    //1. 创建socket
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1==sockfd)
        perror("socket"),exit(-1);
    
    //2. 准备通信地址
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(8888);
    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("176.43.11.211");

    //3. 绑定socket和通信地址
    int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(-1==res)
        perror("bind"),exit(-1);
    printf("bind success\n");

    //4. 进行通信
    char buf[100]={0};
    struct sockaddr_in recv_addr;       //为使用recvfrom得到client地址做准备, 
最终为sendto()做准备
    socklen_t len=sizeof(recv_addr);
    res=recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&recv_addr,&len);
    if(-1==res)
        perror("recvfrom"),exit(-1);

    char* ip=inet_ntoa(recv_addr.sin_addr);             
//将recvfrom获得client地址转换成点分十进制字符串
    printf("data received from client :%s is:%d\n",ip,res); 

    res=sendto(sockfd,"I received",sizeof("I received"),0,(struct sockaddr*)&recv_addr,len)
;//使用recvfrom获得的client地址
    if(-1==res)
        perror("sendto"),exit(-1);

    //5. 关闭socket
    res=close(sockfd);
    if(-1==res)
        perror("close"),exit(-1);
    printf("close success\n");
        
    return 0;
}
//udp/ip client
#include
#include
#include  //close()
#include
#include
#include
#include
int main(){
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1==sockfd)
        perror("socket"),exit(-1);
    printf("create socket succesfully\n");
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(8888);
    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("176.43.11.211");    

//这个是server的地址, 虽然没有

connect, which means 不能通过socket找到这个地址, 但是我们还是知道这个地址的, sendto()是可以直接用的

    int res=sendto(sockfd,"hello",sizeof("hello"),0,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(-1==res)
        perror("sendto"),exit(-1);
    printf("data sent size:%d\n",res);
    char buf[100]={0};
    res=recv(sockfd,buf,sizeof(buf),0);
    if(-1==res)
        perror("recv"),exit(-1);
    printf("data received from server:%s\n",buf);
    res=close(sockfd);
    if(-1==res)
        perror("close"),exit(-1);

    return 0;
}

本文介绍了Linux系统中udp/ip socket编程的方法，包括socket的创建、绑定、发送、接收、关闭和设置等方面。通过了解和掌握这些知识，我们可以更好地使用udp/ip socket来实现进程间通信，提高系统的性能和可靠性。当然，Linux系统中udp/ip socket编程还有很多其他的特性和用法，需要我们不断地学习和探索。

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