前言

我們深諳信息交流的價(jià)值，那網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程之間如何通信，如我們每天打開瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁時(shí)，瀏覽器的進(jìn)程怎么與web服務(wù)器通信的？當(dāng)你用QQ聊天時(shí)，QQ進(jìn)程怎么與服務(wù)器或你好友所在的QQ進(jìn)程通信？這些都得靠socket？那什么是socket？socket的類型有哪些？還有socket的基本函數(shù)，這些都是本文想介紹的。

1 網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程之間如何通信

本地的進(jìn)程間通信（IPC）有很多種方式，但可以總結(jié)為下面4類：
1）消息傳遞（管道、FIFO、消息隊(duì)列）
2）同步（互斥量、條件變量、讀寫鎖、文件和寫記錄鎖、信號量）
3）共享內(nèi)存（匿名的和具名的）
4）遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Solaris門和Sun RPC）

但這些都不是本文的主題！我們要討論的是網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程之間如何通信？首要解決的問題是如何唯一標(biāo)識一個(gè)進(jìn)程，否則通信無從談起！在本地可以通過進(jìn)程PID來唯一標(biāo)識一個(gè)進(jìn)程，但是在網(wǎng)絡(luò)中這是行不通的。其實(shí)TCP/IP協(xié)議族已經(jīng)幫我們解決了這個(gè)問題，網(wǎng)絡(luò)層的“ip地址”可以唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，而傳輸層的“協(xié)議+端口”可以唯一標(biāo)識主機(jī)中的應(yīng)用程序（進(jìn)程）。這樣利用三元組（ip地址，協(xié)議，端口）就可以標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程了，網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程通信就可以利用這個(gè)標(biāo)志與其它進(jìn)程進(jìn)行交互。

使用TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序通常采用應(yīng)用編程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經(jīng)被淘汰），來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應(yīng)用程序都是采用socket，而現(xiàn)在又是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程通信是無處不在，這就是我為什么說“一切皆socket”。

2 什么是Socket

上面我們已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程是通過socket來通信的，那什么是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學(xué)之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫read /write –> 關(guān)閉close”模式來操作。我的理解就是Socket就是該模式的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對其進(jìn)行的操作（讀/寫IO、打開、關(guān)閉），這些函數(shù)我們在后面進(jìn)行介紹。

socket一詞的起源

在組網(wǎng)領(lǐng)域的首次使用是在1970年2月12日發(fā)布的文獻(xiàn)IETF RFC33中發(fā)現(xiàn)的，撰寫者為Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根據(jù)美國計(jì)算機(jī)歷史博物館的記載，Croker寫道：“命名空間的元素都可稱為套接字接口。一個(gè)套接字接口構(gòu)成一個(gè)連接的一端，而一個(gè)連接可完全由一對套接字接口規(guī)定。”計(jì)算機(jī)歷史博物館補(bǔ)充道：“這比BSD的套接字接口定義早了大約12年。”

3 socket的基本操作

既然socket是“open—read/write—close”模式的一種實(shí)現(xiàn)，那么socket就提供了這些操作對應(yīng)的函數(shù)接口。下面以TCP為例，介紹幾個(gè)基本的socket接口函數(shù)。

3.1 socket()函數(shù)

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

socket函數(shù)對應(yīng)于普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個(gè)文件描述字，而socket()用于創(chuàng)建一個(gè)socket描述符（socket descriptor），它唯一標(biāo)識一個(gè)socket。這個(gè)socket描述字跟文件描述字一樣，后續(xù)的操作都有用到它，把它作為參數(shù)，通過它來進(jìn)行一些讀寫操作。

正如可以給fopen的傳入不同參數(shù)值，以打開不同的文件。創(chuàng)建socket的時(shí)候，也可以指定不同的參數(shù)創(chuàng)建不同的socket描述符，socket函數(shù)的三個(gè)參數(shù)分別為：
1）domain：即協(xié)議域，又稱為協(xié)議族（family）。常用的協(xié)議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協(xié)議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應(yīng)的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個(gè)絕對路徑名作為地址。
2）type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
3）protocol：顧名思義，就是指定協(xié)議。常用的協(xié)議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應(yīng)TCP傳輸協(xié)議、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議、TIPC傳輸協(xié)議。
注意：并不是上面的type和protocol可以隨意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當(dāng)protocol為0時(shí)，會自動選擇type類型對應(yīng)的默認(rèn)協(xié)議。

當(dāng)我們調(diào)用socket創(chuàng)建一個(gè)socket時(shí)，返回的socket描述字它存在于協(xié)議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個(gè)具體的地址。如果想要給它賦值一個(gè)地址，就必須調(diào)用bind()函數(shù)，否則就當(dāng)調(diào)用connect()、listen()時(shí)系統(tǒng)會自動隨機(jī)分配一個(gè)端口。

3.2 bind()函數(shù)

正如上面所說bind()函數(shù)把一個(gè)地址族中的特定地址賦給socket。例如對應(yīng)AF_INET、AF_INET6就是把一個(gè)ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函數(shù)的三個(gè)參數(shù)分別為：
1）sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數(shù)創(chuàng)建，唯一標(biāo)識一個(gè)socket。bind()函數(shù)就是給這個(gè)描述字綁定一個(gè)名字。
2）addr：一個(gè)const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址。這個(gè)地址結(jié)構(gòu)根據(jù)地址創(chuàng)建socket時(shí)的地址協(xié)議族的不同而不同，例如，
ipv4對應(yīng)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 */
};