[16]APUE：套接字

[a] socket / socketpair

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol) 
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2])
//成功返回套接字描述符，出错返回 -1

套接字描述符本质上是就是文件描述符
socket 类型由三个参数共同确定
- domain：AF_UNIX / AF_LOCAL / AF_INET / AF_INET6，其中 AF_LOCAL 是 AF_UNIX 的别名
- type：SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM / SOCK_SEQPACKET / SOCK_RAW
- protocol：IPPROTO_TCP / IPPROTO_UDP / IPPROTO_ICMP / IPPROTO_IP / IPPROTO_IP6，通常设为 0，表示采用与 type 对应的默认值
可以操纵套接字的通用函数：close /read / write / dup / dup2 / fcntl / epoll / kqueue ...
socketpair 仅用于创建匿名 UNIX 域套接字，功能相当于全双工管道

[b] shutdown

#include <sys/socket.h>

int shutdown(int sockfd, int how) //成功返回 0，出错返回 -1

用于关闭双向传输中的一个或全部两个方向
与 close 的区别是，shutdown 允许使一个套接字处于不活动状态，和引用它的描述符数量无关
how 参数可用值：SHUT_RD / SHUT_WR / SHUT_RDWR

[c] htonl / htons / ntohl / ntohs

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostint32)

uint16_t htons(uint16_t hostint16)

//返回以网络字节序表示的整数

uint32_t ntohl(uint32_t netint32)

uint16_t ntohs(uint16_t netint16)

//返回以主机字节序表示的整数

TCP/IP 协议栈使用大端字节序(big-endian，右侧代表高位)，Intel 处理器通常采用小端字节序(little-endian，左侧代表高位)

[d] getaddrinfo / freeaddrinfo / gai_strerror / getnameinfo

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netdb.h>

int getaddrinfo(const char *hostname, const char *servname, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res) //成功返回 0，出错返回非 0

void freeaddrinfo(struct addrinfo *ai)

const char *gai_strerror(int errno) //返回描述错误码的字符串指针

int getnameinfo(const struct sockaddr *saddr, socklen_t salen, char *host, socklen_t hostlen, char *serv, socklen_t servlen, int flags) //成功返回 0，出错返回非 0

struct addrinfo {

    int    ai_flags;

    int    ai_family;

    int    ai_socktype;

    int    ai_profocol;

    socklen_t    ai_addrlen;

    struct sockaddr    *ai_addr;

    char    *ai_canonname; //canonical name，not alias name!

    struct addrinfo    *ai_next; //next in list

}

getaddrinfo 函数通过主机名或服务名或两者一起查询对应的网络地址信息，存储在 addrinfo 链表结构中，若查询出错，不能使用 perror 或 strerror 生成错误信息，需要使用 gai_strerror
- *hints 参数用于设定过滤条件，可以设定字段： ai_flags / ai_family / ai_socktype / ai_protocol ，其余字段必须指定为 0 或 NULL
- **res 参数用于存储查询结果
- struct addrinfo 结构体
  - ai_flags(按位 '|' 组合，作用于 *hints 参数)
    - AI_CANONNAME：提供的查询依据是正规主机名称，不是别名
    - AI_NUMERICHOST：提供的主机名不是字符串，是点分样式的 IP 地址
    - AI_NUMERICSERV：提供的服务名不是字符串，是端口号
    - ...
  - ai_family：AF_UNIX / AF_INET / AF_INET6 ...
  - ai_socktype：SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM / SOCK_SEQPACKET ...
  - ai_protocol：IPPROTO_TCP / IPPROTO_UDP / IPPROTO_ICMP ...
  - ai_addrlen：地址长度
  - *ai_addr：指向 struct sockaddr 通用地址结构体的指针
  - *ai_canonname：正规主机名，非别名
  - *ai_next：指向下一个 addrinfo 结构体(如果有)
- freeaddrinfo 函数用于释放 addrinfo 链表结构
getnameinfo 函数将二进制网络地址信息转换成主机名或服务名，flags 可用标志如下：
- NI_DGRAM：指定此标志将返回 datagram 对应的服务端口号，默认将返回 stream 对应的端口号，如某个服务 TCP / UDP 端口号不相同的情况
- NI_NUMERICHOST：返回主机 IP 点分形式
- NI_NUMERICSCOPE：针地 IPv6 返回范围 ID 的数字形式，而非名字
- NI_NUMERICSERV：返回服务的端口号，而非名称

[e] bind

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len); //成功返回 0，出错返回 -1

/*通用地址结构*/

struct sockaddr {

    sa_family_t    sa_family;

    char    sa_data[];

    unsigned char    sa_len; //FreeBSD only!

}

/*AF_UNIX 地址结构*/

struct sockaddr_un {

    sa_family_t    sun_family; //AF_UNIX

    char    sun_path[]; //For Linux: sun_path[108]

    unsigned char   sun_len; //FreeBSD only! sockaddr len including null

}

/*AF_INET 地址结构*/

struct sockaddr_in {

    sa_family_t    sun_family;

    in_port_t    sin_port;

    struct in_addr    sin_addr; //IPv4 address;

    unsigned char    sin_zero[]; //Linux only! must fill with 0

}

struct in_addr {

    in_addr_t    s_addr;

}

在服务器端，bind 函数用于将 addr 与 sockfd 关联在一起，若 addr 指定为 INADDR_ANY，表示此套接字可以接收当前系统所安装的任何一个网卡的数据包
socklen_t 类型字段可使用常量 INET_ADDRSTRLEN / INET6_ADDRSTRLEN 指定恰当的空间大小(长度)存放代表 IPv4 与 IPv6 地址的字符串

[f] getsockname / getpeername

#include <sys/socket.h>

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp)

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp)

//成功返回 0，出错返回 -1

getsockname 函数用于查询与 sockfd 关联的本机地址，getpeername 用于查询与 sockfd 关联的对端主机地址(前提是已建立连接)

[g] listen

#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog) //成功返回 0，出错返回 -1

调用 listen 函数后，服务器才能被连接
用于创建监听队列，backlog 参数指定了队列长度，表示可同时接受的连接请求最大数量

[h] accept

#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *alenp) //成功返回实际与客户端建立连接的新 sockfd，出错返回 -1

传递给 accept 的原始 sockfd 并没有与客户端连接，而是继续用于接收其它连接请求
addr 参数用于存放配对的客户端 sockfd 地址，函数返回时，将把 alenp 的值更新为客户端地址的实际长度

[i] connect

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len) //成功返回 0，出错返回 -1

处理面向连接的网络服务(SOCK_STREAM / SOCK_SEQPACKET)，在开始交换数据之前，需要首先建立连接
通常客户端调用 connect 发起与服务器的连接，addr 参数指定要连接的服务器地址
若先前创建 sockfd 时未绑定一个本机地址，此时 connect 会自动给 sockfd 绑定一个默认地址
可用于 SOCK_DGRAM，此时传送报文的目标地址会设置成 addr，之后每次传送报文时不再需要提供地址，同时，也仅能接收来 addr 的报文

[j] send / sendto / sendmsg

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen)

ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags)

//成功返回送出的字节数，出错返回 -1

send 成功返回，表示数据已发送到网络上，不代表连接的另一端已收到数据，通常用于面向连接的套接字(除非事先调用 connect 指定了无连接套接字的目标地址)，对于支持报文件边界的协议，若尝试发送的单个报文长度超过协议所支持的最大长度，将出错返回
除 flags 参数外，其余参数与 write 相同，flags 可用标志：
- MSG_DONTWAIT：非阻塞传输，意同 O_NONBLOCK
- MSG_DONTROUTE：勿将数据包路由出本地网络
- MSG_NOSIGNAL：在写无连接的套接字时，不产生 SIGPIPE 信号
- MSG_OOB：发送带外数据(即优先传送数据，不排队，须协议支持)
- MSG_EOR ：如果协议支持，标记记录结结束
sendto 与 send 类似，多出的两个参数用于指定目标地址和长度，主要用于无连接套接字
sendmsg 行为类似于 writev

[k] recv / recvfrom / recvmsg

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags)

flags：
- MSG_DONTWAIT：非阻塞
- MSG_OOB：若协议支持，获取带外数据
- MSG_PEEK：返回数据包内容，但不真正取走数据
- MSG_WAITALL：针对 SOCK_STREAM 等待所有的数据可用时再返回

[l] setsocketopt / getsocketopt

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int getsockopt(int s, int level, int optname, void * restrict optval, socklen_t * restrict optlen)

int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)

level：
- SOL_SOCKET：表示将设置通用选项
- IPPROTO_TCP：TCP 协议特定选项
- IPPROTO_IP：IP 协议特定选项
- ...
option：
- SO_DEBUG enables recording of debugging information
- SO_REUSEADDR enables local address reuse
- SO_REUSEPORT enables duplicate address and port bindings
- SO_KEEPALIVE enables keep connections alive
- SO_DONTROUTE enables routing bypass for outgoing messages
- SO_LINGER linger on close if data present
- SO_BROADCAST enables permission to transmit broadcast messages
- SO_OOBINLINE enables reception of out-of-band data in band
- SO_SNDBUF set buffer size for output
- SO_RCVBUF set buffer size for input
- SO_SNDLOWAT set minimum count for output
- SO_RCVLOWAT set minimum count for input
- SO_SNDTIMEO set timeout value for output
- SO_RCVTIMEO set timeout value for input
- SO_ACCEPTFILTER set accept filter on listening socket
- SO_NOSIGPIPE controls generation of SIGPIPE for the socket
- SO_TIMESTAMP enables reception of a timestamp with datagrams
- SO_BINTIME enables reception of a timestamp with datagrams
- SO_ACCEPTCONN get listening status of the socket (get only)
- SO_TYPE get the type of the socket (get only)
- SO_PROTOCOL get the protocol number for the socket (get only)
- SO_PROTOTYPE SunOS alias for the Linux SO_PROTOCOL (get only)
- SO_ERROR get and clear error on the socket (get only)
- SO_SETFIB set the associated FIB (routing table) for the socket (set only)

[m] inet_addr / inet_ntoa

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr in) //转换二进制地址为字符串形式

int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp) //转换字符串地址为二进制地址(网络字节序)，结果写入 inp 指向的结构体

仅能用于 IPv4，可使用 getaddrinfo 与 getnameinfo 实现

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