嵌入式linux TCP socket编程

一、利用内核编程的API

sendto 和 recvfrom

sendto()_Linux
C函数

sendto（经socket传送数据）

相关函数

　　send , sendmsg,recv , recvfrom , socket

表头文件

　　#include < sys/types.h >

　　#include < sys/socket.h >

定义函数

　　int sendto ( socket s , const void * msg, int len, unsigned int flags, const

　　struct sockaddr * to , int tolen ) ;

函数说明

　　sendto() 用来将数据由指定的socket传给对方主机。参数s为已建好连线的socket,如果利用UDP协议则不需经过连线操作。参数msg指向欲连线的数据内容，参数flags 一般设0，详细描述请参考send()。参数to用来指定欲传送的网络地址，结构sockaddr请参考bind()。参数tolen为sockaddr的结构长度。

返回值

　返回值:成功则返回接收到的字符数,失败返回-1.

错误代码

　　EBADF 参数s非法的socket处理代码。

　　EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间。

　　WNOTSOCK 参数 s为一文件描述词，非socket。

　　EINTR 被信号所中断。

　　EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断的。

　　ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。

　　EINVAL 传给系统调用的参数不正确。

定义函数

　　ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,
struct sockaddr *from,socket_t *fromlen);

函数说明

　　recvfrom()用来接收远程主机经指定的socket传来的数据,并把数据传到由参数buf指向的内存空间,参数len为可接收数据的最大长度.参数flags一般设0,其他数值定义参考recv().参数from用来指定欲传送的网络地址,结构sockaddr请参考bind()函数.参数fromlen为sockaddr的结构长度.

　

返回值

　返回值:成功则返回接收到的字符数,失败返回-1.

错误代码

EBADF 参数s非合法的socket处理代码

　　EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间。

　　ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。

　　EINTR 被信号所中断。

　　EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断。

　　ENOBUFS 系统的缓冲内存不足

　　ENOMEM 核心内存不足

　　EINVAL 传给系统调用的参数不正确。

范例

　　#include < sys/types.h >

　　#include < sys/socket.h >

　　#include <arpa.inet.h>

　　#define PORT 2345 /*使用的port*/

　　main(){

　　int sockfd,len;

　　struct sockaddr_in addr;

　　char buffer[256];

　　/*建立socket*/

　　if(sockfd=socket (AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){

　　perror (“socket”);

　　exit(1);

　　}

　　/*填写sockaddr_in 结构*/

　　bzero ( &addr, sizeof(addr) );

　　addr.sin_family=AF_INET;

　　addr.sin_port=htons(PORT);

　　addr.sin_addr=hton1(INADDR_ANY)
;

　　if (bind(sockfd, &addr, sizeof(addr))<0){

　　perror(“connect”);

　　exit(1);

　　}

　　while(1){

　　bzero(buffer,sizeof(buffer));

　　len = recvfrom(socket,buffer,sizeof(buffer), 0 , &addr &addr_len);

　　/*显示client端的网络地址*/

　　printf(“receive from %s\n “ , inet_ntoa( addr.sin_addr));

　　/*将字串返回给client端*/

　　sendto(sockfd,buffer,len,0,&addr,addr_len);”

　　}

　　}

二、利用socket文件描述符

write/read

TCPServer端

[cpp] view
plain copy

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <strings.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <memory.h>

#include <unistd.h>

//#include <linux/in.h>

#include <netinet/in.h>

//#include <linux/inet_diag.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <signal.h>

/**

关于 sockaddr sockaddr_in socketaddr_un说明
http://maomaozaoyue.blog.sohu.com/197538359.html
*/

#define PORT 11910 //定义通信端口

#define BACKLOG 5 //定义侦听队列长度

#define buflen 1024

void process_conn_server(int s);

void sig_pipe(int signo);

int ss,sc; //ss为服务器socket描述符，sc为某一客户端通信socket描述符

int main(int argc,char *argv[])

{

struct sockaddr_in server_addr; //存储服务器端socket地址结构

struct sockaddr_in client_addr; //存储客户端 socket地址结构

int err; //返回值

pid_t pid; //分叉进行的ID

/*****************socket()***************/

ss = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //建立一个序列化的，可靠的，双向连接的的字节流

if(ss<0)

{

printf("server : server socket create error\n");

return -1;

}

//注册信号

sighandler_t ret;

ret = signal(SIGTSTP,sig_pipe);

if(SIG_ERR == ret)

{

printf("信号挂接失败\n");

return -1;

}

else

printf("信号挂接成功\n");

/******************bind()****************/

//初始化地址结构

memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));

server_addr.sin_family = AF_INET; //协议族

server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //本地地址

server_addr.sin_port = htons(PORT);

err = bind(ss,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(sockaddr));

if(err<0)

{

printf("server : bind error\n");

return -1;

}

/*****************listen()***************/

err = listen(ss,BACKLOG); //设置监听的队列大小

if(err < 0)

{

printf("server : listen error\n");

return -1;

}

/****************accept()***************/

/**

为类方便处理，我们使用两个进程分别管理两个处理：

1，服务器监听新的连接请求;2,以建立连接的C/S实现通信

这两个任务分别放在两个进程中处理，为了防止失误操作

在一个进程中关闭 侦听套接字描述符 另一进程中关闭

客户端连接套接字描述符。注只有当所有套接字全都关闭时

当前连接才能关闭，fork调用的时候父进程与子进程有相同的

套接字，总共两套，两套都关闭掉才能关闭这个套接字

*/

for(;;)

{

socklen_t addrlen = sizeof(client_addr);

//accept返回客户端套接字描述符

sc = accept(ss,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen); //注，此处为了获取返回值使用 指针做参数

if(sc < 0) //出错

{

continue; //结束此次循环

}

else

{

printf("server : connected\n");

}

//创建一个子线程，用于与客户端通信

pid = fork();

//fork 调用说明：子进程返回 0 ；父进程返回子进程 ID

if(pid == 0) //子进程，与客户端通信

{

close(ss);

process_conn_server(sc);

}

else

{

close(sc);

}

}

}

/**

服务器对客户端连接处理过程；先读取从客户端发送来的数据，

然后将接收到的数据的字节的个数发送到客户端

*/

//通过套接字 s 与客户端进行通信

void process_conn_server(int s)

{

ssize_t size = 0;

char buffer[buflen]; //定义数据缓冲区

for(;;)

{

//等待读

for(size = 0;size == 0 ;size = read(s,buffer,buflen));

//输出从客户端接收到的数据

printf("%s",buffer);

//结束处理

if(strcmp(buffer,"quit") == 0)

{

close(s); //成功返回0，失败返回-1

return ;

}

sprintf(buffer,"%d bytes altogether\n",size);

write(s,buffer,strlen(buffer)+1);

}

}

void sig_pipe(int signo)

{

printf("catch a signal\n");

if(signo == SIGTSTP)

{

printf("接收到 SIGTSTP 信号\n");

int ret1 = close(ss);

int ret2 = close(sc);

int ret = ret1>ret2?ret1:ret2;

if(ret == 0)

printf("成功 : 关闭套接字\n");

else if(ret ==-1 )

printf("失败 : 未关闭套接字\n");

exit(1);

}

}

TCPClient端

[cpp] view
plain copy

#include <stdio.h>

#include <strings.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

//#include <linux/in.h>

#include <stdlib.h>

#include <memory.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <netinet/in.h>

#include <signal.h> //添加信号处理 防止向已断开的连接通信

/**

信号处理顺序说明：在Linux操作系统中某些状况发生时，系统会向相关进程发送信号，

信号处理方式是：1，系统首先调用用户在进程中注册的函数，2，然后调用系统的默认

响应方式,此处我们可以注册自己的信号处理函数，在连接断开时执行

*/

#define PORT 11910

#define Buflen 1024

void process_conn_client(int s);

void sig_pipe(int signo); //用户注册的信号函数,接收的是信号值

int s; //全局变量 ， 存储套接字描述符

int main(int argc,char *argv[])

{

struct sockaddr_in server_addr;

int err;

sighandler_t ret;

char server_ip[50] = "";

/********************socket()*********************/

s= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(s<0)

{

printf("client : create socket error\n");

return 1;

}

//信号处理函数 SIGINT 是当用户按一个 Ctrl-C 建时发送的信号

ret = signal(SIGTSTP,sig_pipe);

if(SIG_ERR == ret)

{

printf("信号挂接失败\n");

return -1;

}

else

printf("信号挂接成功\n") ;

/*******************connect()*********************/

//设置服务器地址结构，准备连接到服务器

memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_port = htons(PORT);

server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

/*将用户数入对额字符串类型的IP格式转化为整型数据*/

//inet_pton(AF_INET,argv[1],&server_addr.sin_addr.s_addr);

printf("please input server ip address : \n");

read(0,server_ip,50);

//err = inet_pton(AF_INET,server_ip,&server_addr.sin_addr.s_addr);

server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);

err = connect(s,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct
sockaddr));

if(err == 0)

{

printf("client : connect to server\n");

}

else

{

printf("client : connect error\n");

return -1;

}

//与服务器端进行通信

process_conn_client(s);

close(s);

}

void process_conn_client(int s)

{

ssize_t size = 0;

char buffer[Buflen];

for(;;)

{

memset(buffer,'\0',Buflen);

/*从标准输入中读取数据放到缓冲区buffer中*/

size = read(0,buffer,Buflen); // 0，被默认的分配到标准输入 1，标准输出 2，error

if(size > 0)

{

//当向服务器发送 “quit” 命令时，服务器首先断开连接

write(s,buffer,strlen(buffer)+1); //向服务器端写

//等待读取到数据

for(size = 0 ; size == 0 ; size = read(s,buffer,Buflen) );

write(1,buffer,strlen(buffer)+1); //向标准输出写

}

}

}

void sig_pipe(int signo) //传入套接字描述符

{

printf("Catch a signal\n");

if(signo == SIGTSTP)

{

printf("接收到 SIGTSTP 信号\n");

int ret = close(s);

if(ret == 0)

printf("成功 : 关闭套接字\n");

else if(ret ==-1 )

printf("失败 : 未关闭套接字\n");

exit(1);

}

}



注意这里 的

sighandler_t ret;

在不同的编译环境中可能会有错误的

所以编译选项要加上

-D_GNU_SOURCE

三、基于I/O
多路复用技术的并发TCP

在实际的应用中， 要求一个服务器能同时处理大量的客户请求， 所有这些客户将访问绑

定在某一个特定套接字地址上的服务器。 因此， 服务器必须满足并发的需求。 如果不采用并

发技术， 当服务器处理一个客户请求时， 会拒绝其他客户端请求， 造成其他客户要不断的请

求并长期等待。

在 Linux（ Unix） 系统中并发服务器有三种设计方式：

（ 1） 多进程

进程是执行中的计算机程序， 可以认为是一个程序的一次运行。 它是一个动态的实体，

是独立的任务。 每个单独的进程运行在自己的虚拟地址空间中， 并且它只能通过安全的内核

管理机制和其它进程交互。 若是一个进程崩溃不会引起其它进程崩溃。

在 Linux(Unix)系统中， 多个进程可以同时执行相同的代码， 从而支持并发。

对于单个 CPU 系统而言，
CPU 一次只能执行一个进程， 但操作系统可通过分时处理，

每个进程在每个时间段中执行， 因此对于用户而言， 这些进程在同时执行。

（ 2） 多线程

线程与进程类似， 也支持并发执行。 与进程不同的一点， 在同一进程中所有线程共享

相同的全程变量以及系统分配给进程的资源。 因此， 线程占用较少的系统资源， 并且线程之

间切换更快。

（ 3）I/O
多路复用（ select
和 poll函数）

另一种支持并发的方法是 I/O多路复用。
select()函数是系统提供的， 它可以在多个描

述符中选择被激活的描述符进行操作。

例如： 一个进程中有多个客户连接， 即存在多个 TCP套接字描述符。
select()函数阻塞

直到任何一个描述符被激活， 即有数据传输。 从而避免了进程为等待一个已连接上的数据而

无法处理其他连接。 因而， 这是一个时分复用的方法， 从用户角度而言， 它实现了一个进程

或线程中的并发处理。

I/O 多路复用技术的最大优势是系统开销小， 系统不必创建进程、 线程， 也不必维护这

些进程/线程， 从而大大减少了系统的开销。

select()函数用于实现I/O
多路复用， 它允许进程指示系统内核等待多个事件中的任何一

个发生， 并仅在一个或多个事情发送或经过某指定的时间后才唤醒进程。

它的原型如下，

#include<sys/time.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set * errorfds, struct timeval *timeout);

ndfs: select() 函数监视描述符数的最大值。 根据进程中打开的描述符数而定， 一般设为要

监视的描述符的最大数加 1。

readfds: select() 函数监视的可读描述符集合。

writefds: select()函数监视的可写描述符集合。

errorfds: select()函数监视的异常描述符集合。

timeout: select()函数超时结束时间

返回值。 如果成功返回总的位数， 这些位对应已准备好的描述符。 否则返回-1， 并在errno

中设置相应的错误码。

FD_ZERO(fd_set *fdset)： 清空fdset
与所有描述符的联系

FD_SET(int fd, fd_set *fdset)： 建立描述符fd
与 fdset的联系

FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)： 撤销描述符fd
与 fdset的联系

FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) :： 检查与fdset
联系的描述符 fd
是否可读写， 返回非 0表示可读写。

采用 select()函数实现I/O
多路复用的基本步骤如下：

（ １） 清空描述符集合

（ ２） 建立需要监视的描述符与描述符集合的联系

（ ３） 调用 select()函数

（ ４） 检查所有需要监视的描述符， 利用 FD_ISSET 判断是否准备好

（ ５） 对已准备好的描述符进行 I/O 操作
下面是在 eHome 中使用的一个select
函数实例。

// name : Ehome_server.c

// author : pyy

// date : 2008-3-5

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#define PORT 1234 //使用的 port号码

#define MAXSOCKFD 10 //可同时服务的最大连接数目

int main()

{

int sockfd,newsockfd,is_connected[MAXSOCKFD],fd;

struct sockaddr_in addr;

int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);

fd_set readfds;

char buffer[256];

int length;

char buf2[256]; //add

if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)

{ perror("socket"); exit(1);}

//填写 sockaddr_in
结构

bzero(&addr,sizeof(addr));

addr.sin_family = AF_INET;

addr.sin_port = htons(PORT);

addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr))<0)

{ perror("bind"); exit(1);}

if(listen(sockfd,3)<0)

{ perror("listen"); exit(1);}

//清楚连线状态的旗标

for(fd=0;fd<MAXSOCKFD;fd++)

is_connected[fd] = 0;

while(1)

{

FD_ZERO(&readfds);

FD_SET(sockfd,&readfds);

for(fd=0; fd<MAXSOCKFD; fd++)

if(is_connected[fd]) FD_SET(fd,&readfds);

if(!select(MAXSOCKFD,&readfds,NULL,NULL,NULL)) continue;

//判断是否有新的连线或新信息进来

for(fd=0; fd<MAXSOCKFD; fd++)

if(FD_ISSET(fd,&readfds))

{

if(sockfd == fd)

{

//接收新连线

if((newsockfd= accept(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,&addr_len))<0)

perror("accept");

//将欢迎字符串送给 client端

is_connected[newsockfd] = 1;

printf("Connect from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));

}

else

{

//接收新信息

bzero(buffer,sizeof(buffer));

if( ( length=read(fd,buffer,sizeof(buffer)) ) <=0)

{

//连线已中断， 清除连线状态旗标

printf("Connection closed.\n");

is_connected[fd] = 0;

close(fd);

}

else

{

printf("Receive message: %s\n",buffer);

write(fd,buffer,length);

bzero(buf2,sizeof(buf2));

sprintf(buf2,"%5.3f%5.3f%5.3f%5.2f%5.3f%5.2f",1.305,2.226,3.333,20.56,9.0,28.5);

length= write(fd,buf2,strlen(buf2));

printf("Send message: %s length= %d\n",buf2,length);

}

}

}

}

}