Linux网络编程之UDP套接字

时间：2022-12-18 00:24:15

       udp协议是面向数据报的，无连接不可靠的传输层协议，因为udp无连接，因此实现udp socket不需要监听也不需要连接。在实现tcp socket时，其中的收发数据可以当做文件，通过read和write来读取（TCP是面向字节流的），而udp是面向数据报的协议，收发的单位都是数据报，需要采用专门的函数：

Linux网络编程之UDP套接字

udp socket编程：

udp_server.c：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local))<0)
{
perror("bind");
return 2;
}

char buf[1024];
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
while(1)
{
ssize_t s = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf)-1, \
0, (struct sockaddr*)&client, &len);
if(s > 0)
{
printf("[%s: %d]# %s\n", inet_ntoa(client.sin_addr), \
ntohs(client.sin_port), buf);
sendto(sock, buf, strlen(buf), 0, \
(struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
}
}
return 0;
}

udp_client.c： 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}
struct sockaddr_in server;
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);


char buf[1024];
char *msg = "hello world";
while(1)
{
sendto(sock, msg, strlen(msg), 0, \
(struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
struct sockaddr_in tmp;
socklen_t len = sizeof(tmp);
ssize_t s = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf)-1, \
0, (struct sockaddr*)&tmp, &len);
if(s > 0)
{
printf("%s\n", buf);
}
sleep(5);
}
return 0;
}

运行结果：

Linux网络编程之UDP套接字


然而，因为udp是无连接不可靠的，那么就需要在应用层设置一些功能使udp较为可靠，这里可以利用信号实现简单的超时重传：

在规定的时间内，若没有收到sendto的信息，我们就认为数据包丢失，打破recvfrom的阻塞式等待，设置一个闹钟定时器alarm,当收到SIGALRM信号时，程序中断，转去处理中断响应函数，通知客户端进行重传；

Linux网络编程之UDP套接字

功能：从调用该函数开始，seconds秒之后向进程发送一个SIGALRM信号

仅仅只是这样是不够的！！！

看到这里也许你以为一切都解决了，但是还有一个容易被人忽视的问题：在Linux中，默认处理中断的方式是： 
当从中断调用返回时，继续执行被中断的系统调用（用在刚才说的例子上就是：继续recvfrom……）这种默认处理方式大多数时候很有用，但是我们这里就不行了，那这个问题怎么解决呢？要解决这个问题，就不能单纯的用signal函数去设置中断处理程序了，而是要用另一个函数：sigaction

Linux网络编程之UDP套接字

功能：拦截下signum消息，用act所给的方式处理，将原来的处理方式放在oldact中（一般oldact设为NULL）;

参数： 
signum：需要拦截的消息，这里是SIGALRM； 
act：处理中断的方式，是一个结构体，后面会介绍这结构体； 
oldact：用来存储原来的处理方式，一般为NULL，表示忽略；

结构体：struct sigaction介绍：

struct sigaction 
{ 
void (*sa_handler)(int); 
sigset_t sa_mask; 
int sa_flags; 
void (*sa_restorer)(void); 
} 
成员：第一个sa_handler就是中断处理程序的入口，比如：要用alarm程序处理这个中断，就将此值设为alarm； 
sa_mask：表示在中断处理中要屏蔽的中断； 
sa_flags：这是很关键的东西～它包含了一些影响中断处理过程方式的标志，具体取值如下： 
SA_NOCLDSTOP：这表示如果所处理的中断是SIGCHLD，由于收到其他信号而导致了子进程终止，将不发送SIG_CHLD; 
SA_ONESHOT or SA_RESETHAND：sa_handler所指向的中断处理程序只被执行一次，之后将设为默认的中断处理程序； 
SA_RESTART：让被处理的系统调用在中断返回后重新执行； 
SA_NOMASK or SA_NODEFFER（这就是我们要用的）：在中断处理程序执行时，不屏蔽自己的中断信号；在处理此信号未结束前不理会此信号的再次到来。

signal与sigaction函数区别： 
signal是重启动函数，超时以后会自动启动已阻塞的函数，而不是中断它的执行，比如recvfrom，给人的感觉就是使用了alarm，程序依然阻塞在了recvfrom上，不往下执行，如果在信号处理函数中使用printf可以看到超时后输出了一条超时信息，然后signal又启动了recvfrom，继续阻塞。sigaction可以自己设置是否重启动函数，即上面例子中的alrmact.sa_flags = SA_NOMASK选项，SA_NOMASK为不重启动，中断已阻塞的函数recvfrom，使程序继续往下执行，SA_RESTART为重启动函数，与signal相同，继续阻塞在recvfrom上。

改进后的udp_server.c： 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);  
int sock;

//打印输入提示选项
static void* usage(const char* port){
    printf("usage: %s [local_ip] [local_port]\n",port);
}

//中断处理函数
void alarm_handler(int sigon)
 {
     char* m = "please input again\n";
     printf("alarm interrupt\n");
     //给客户端发送重发消息
    sendto(sock,m,strlen(m),0,(struct sockaddr*)&client,len);
 }

int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc!=3){
        usage(argv[0]);
        return 1;
    }

    //创建套接字
    sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock<0){
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    //将套接字与ip地址和端口号进行绑定
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){
        perror("bind");
        exit(2);
    }

    char buf[1024];

   //设置中断处理
    struct sigaction alr;
    alr.sa_handler = alarm_handler;
    alr.sa_flags = SA_NOMASK;
    alr.sa_restorer = NULL;

    char* msg = "my name is h";
    while(1){

       //设置闹钟，当超过10s没有收到消息，则认为数据报丢失，发送SIGALRM信号
        alarm(10);

        //捕获SIGALRM信号
        sigaction(SIGALRM,&alr,NULL);
        //读取数据
        int r = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);
        if(r<0){
            perror("recvfrom");
            exit(3);
        }else{
            buf[r] = 0;
            printf("%s\n",buf);
            //回送数据
            if(sendto(sock,msg,strlen(msg),0,(struct sockaddr*)&client,len)<0){
                perror("sendto");
                exit(4);
            }
            alarm(0);//当数据报传输成功时，这是闹钟没有用处了，关闭闹钟
        }

    }
    return 0;
}



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