Перевод с дополнениями. Оригинал – тут>>>.
Как правило – два процесса общаются друг с другом с помощью одного из Inter Process Communication (IPC) механизма ядра, таких как:
- pipe
- очереди сообщений (Message queues)
- общая память (shared memory)
Кроме перечисленных IPC – в ядре присутствует много других возможностей, но что если процессам необходимо обмениваться данными по сети?
Тут используется ещё один механизм IPC – сокеты.
Содержание
Что такое сокет?
Сокеты (англ. socket — разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.
Кратко говоря – существует два типа сокетов – UNIX-сокеты (или сокеты домена UNIX – Unix domain sockets) и INET-сокеты (IP-сокеты, network sockets).
UNIX-сокеты чвляются частью механизма IPC и позволяют обмен данными в обоих направлениях между процессами, работающими на одной машине.
INET-сокеты в свою очередь представляют собой механизм, позволяющий выполнять коммуникацию между процессами по сети.
Грубо говоря – если UNIX-сокет использует файл в файловой системе, то INET-сокет – требует присваивания сетевого адреса и порта.
Больше про сокеты:
- Unix domain socket
- Network socket
- Что такое сокет?
- Сокеты
- What is a socket?
Коммуникация в среде TCP/IP происходит по клиент-серверной модели, т.е. – клиент инициализирует связь, а сервер его принимает.
Ниже – пример сервера, который будет работать как демон и ожидать подключения клиента, а при инициализации клиентом соединения – передаст ему дату и время.
Socket сервер
Наш сервер будет выглядеть следующим образом:
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
int listenfd = 0, connfd = 0;
struct sockaddr_in serv_addr;
char sendBuff[1025];
time_t ticks;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&serv_addr, '0', sizeof(serv_addr));
memset(sendBuff, '0', sizeof(sendBuff));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port = htons(5000);
bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
listen(listenfd, 10);
while(1) {
connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL);
ticks = time(NULL);
snprintf(sendBuff, sizeof(sendBuff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks))
write(connfd, sendBuff, strlen(sendBuff));
close(connfd);
sleep(1);
}
}
Собираем, запускаем:
[simterm]
$ gcc server.c -o server $ ./server & [1] 26182
[/simterm]
Проверяем:
[simterm]
$ netstat -anp --tcp | grep server (Not all processes could be identified, non-owned process info will not be shown, you would have to be root to see it all.) Active Internet connections (servers and established) tcp 0 0 0.0.0.0:5000 0.0.0.0:*
[/simterm]
Флаг --tcp для netstat указывает на то, что требуется вывести информацию только по INET-сокетам.
Самый простой способ получить данные от нашего сервера – с помощью telnet, проверяем ещё раз:
[simterm]
$ telnet localhost 5000 Trying ::1... Connection failed: Connection refused Trying 127.0.0.1... Connected to localhost. Escape character is '^]'. Tue May 16 12:43:24 2017 Connection closed by foreign host.
[/simterm]
Данные получены:
…
Tue May 16 12:43:24 2017
…
Теперь – давайте рассмотрим сам код сервера.
... listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); ...
- с помощью вызова функции
socket()в области ядра создаётся неименованный сокет, и возвращается его socket descriptor - первым аргументом этой функции передаётся тип домена. Т.к. мы будем использовать сеть – то используем тип сокета
AF_INET(IPv4). - вторым аргументом –
SOCK_STREAM, который указывает на тип протокола. Для TCP – это будетSOCK_STREAM, для UDP –SOCK_DGRAM - третий аргумент оставляем по умолчанию – тут ядро само решит какой тип протокола использовать (т.к. мы указали
SOCK_STREAM– то будет выбран TCP)
Далее – вызывается функция bind():
... bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); ...
bind()создаёт сокет используя параметры из структурыserv_addr(протокол, IP-адрес и порт)
... listen(listenfd, 10); ...
- вызов функции
listen()со вторым аргументом 10 указывает на макс. допустимое кол-во подключений. Первым аргументом – передаётся дескриптор сокета, который необходимо прослушивать.
Далее – accept():
... connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL); ...
- сервер запускает бесконченый цикл, ожидая входящего соединения, и вызывает
accept(), как только соединение установлено. В свою очередьaccept()создаёт новый сокет для каждого соединения, вовзращает дескриптор сокета - как только соединение установлено (т.е. сокет создан) – функция
snprintf()вписывает время и дату в буфер, после чего вызываетсяwrite(), которая вписывает данные из буфера в сокет
Socket клиент
Перейдём ко второй программе – клиенту.
Код её будет выглядеть следующим образом:
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
int sockfd = 0, n = 0;
char recvBuff[1024];
struct sockaddr_in serv_addr;
if(argc != 2) {
printf("\n Usage: %s <ip of server> \n",argv[0]);
return 1;
}
memset(recvBuff, '0',sizeof(recvBuff));
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
printf("\n Error : Could not create socket \n");
return 1;
}
memset(&serv_addr, '0', sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(5000);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &serv_addr.sin_addr)<=0)
{
printf("\n inet_pton error occured\n");
return 1;
}
if( connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
{
printf("\n Error : Connect Failed \n");
return 1;
}
while ( (n = read(sockfd, recvBuff, sizeof(recvBuff)-1)) > 0)
{
recvBuff[n] = 0;
if(fputs(recvBuff, stdout) == EOF)
{
printf("\n Error : Fputs error\n");
}
}
if(n < 0)
{
printf("\n Read error \n");
}
return 0;
}
Кратко рассмотрим его:
... if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) ...
- аналогично серверу – создаём сокет
...
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(5000);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &serv_addr.sin_addr)<=0)
...
- в структуру
sockaddr_inс именемserv_addrзаносятся протокол, порт (5000) и адрес сервера (первый аргумент –argv[1])
... if( connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) ...
- функция
connect()пытается установить соединение с хостом, используя данные из структурыserv_addr
...
while ( (n = read(sockfd, recvBuff, sizeof(recvBuff)-1)) > 0)
...
И в конце-концов – клиент с помощью read() получает данные из своего сокета, в который поступают данные от сокета на сервере.
Собираем клиент, и пробуем подключиться к нашему серверу:
[simterm]
$ gcc client.c -o client $ ./client Usage: ./client <ip of server>
$ ./client 127.0.0.1 Tue May 16 12:13:54 2017
[/simterm]
Готово.
Ссылки по теме
Interprocess Communication Mechanisms
Beej’s Guide to Network Programming Using Internet Sockets
