Linux进程网络编程：socket接口详解

在Linux系统中，套接字（socket）是一种用于实现进程间通信（IPC）的机制，它允许不同进程通过网络进行数据交换。套接字接口是Linux网络编程的基础，提供了丰富的函数和选项来支持各种网络协议和功能。

以下是Linux套接字接口的一些关键概念和组件：

1. 套接字类型

流式套接字（SOCK_STREAM）：基于TCP协议，提供可靠的、面向连接的通信。
数据报套接字（SOCK_DGRAM）：基于UDP协议，提供无连接的、不可靠的通信。
原始套接字（SOCK_RAW）：允许直接访问底层网络协议，通常用于网络协议开发和调试。

2. 套接字地址结构

IPv4地址结构（sockaddr_in）：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; // 地址族，通常是AF_INET
    in_port_t      sin_port;   // 端口号
    struct in_addr sin_addr;   // IP地址
    char           sin_zero[8]; // 保留字段，必须为0
};

IPv6地址结构（sockaddr_in6）：

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t    sin6_family; // 地址族，通常是AF_INET6
    in_port_t      sin6_port;   // 端口号
    uint32_t       sin6_flowinfo; // 流信息（IPv6扩展头）
    struct in6_addr sin6_addr;   // IP地址
    uint32_t       sin6_scope_id; // 作用域ID（例如接口索引）
};

3. 套接字创建与绑定

创建套接字：

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

绑定套接字到地址：

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

4. 监听与接受连接

监听连接请求：
```
int listen(int sockfd, int backlog);
```

接受连接请求：

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

5. 连接与发送/接收数据

连接到远程地址：

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

发送数据：

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

接收数据：

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

6. 关闭套接字

关闭套接字：
```
int close(int sockfd);
```

7. 其他有用的函数和宏

获取本地地址：

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

获取远程地址：

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

设置套接字选项：

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

获取套接字选项：

int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

示例代码

以下是一个简单的TCP服务器示例，使用流式套接字：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    char *hello = "Hello from server";

    // 创建套接字文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置套接字选项
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定套接字到地址
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取数据
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);

    // 发送数据
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

这个示例展示了如何创建一个TCP服务器，绑定到指定端口，监听连接请求，接受连接，并进行简单的读写操作。

通过这些基础知识和示例代码，你可以开始在Linux系统上进行网络编程。根据具体需求，你可能需要进一步学习和使用更高级的套接字选项和功能。