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"Linux Socket Programming 淺談 -- 教你的程式如何透過網路溝通"文章作物版權屬於"Kam Tik "第一擁有者。為了推廣網路的使用，除了下列的限制之外，任何人均可以任何型式複製或修改所有講義。
一、不得有任何的商業行為
二、複製或修改這份講義時，必須將本版權聲明列入，並註明之
三、第一身擁有者不對修改過後的內容負任何的責任
PS.所POST的文章是以 GNU Free Documentation License 1.2 分發。
───────────────────────────
編程語言
眾所周知，Networking 一向也是 Unix/Linux 的強項，你可以架設各種不同的 Linux 伺服器，但是，你又否想過你也可以在 Linux 上寫自己的伺服器程式呢？這次我便為大家淺談如何寫一個簡單的 Server-client program，讓大家一嘗自己寫伺服器程式的滋味。
作者: Kam Tik Email: kamtik@www.linux.org.hk
當然，你必需先學會寫 C 才可以寫 server-client program。在這裡，我會假設大家已經學會。這裡我會分開兩部份，分別是用戶端和伺服端。先看看如何寫用戶端程式吧，為了了解 client program 的基本運作原理，我們首先看看 client program 的流程圖。
由上圖可以看到，程式的流程是先建立了 socket data，接著便是連接伺服器，然後便可以寫進或讀取資料，而這個過程可以重複，直至寫入和讀取完所需資訊後，才關閉連接，過程非常似在硬碟中存取資料。
因此，我們的第一步是要建立 socket data。首先我們要匯入一個程式館 (library)：
#include
#include
這兩個 header file 內含所需的函式和 structure 定義。像使用 open() 函式去建立一個 file descriptor 用來存取硬碟中的資料一樣，我們可以用 socket() 函式去建立一個 socket descriptor，socket() 的一般用法如下：
Prototype:
int socket (int domain, int type, int protocol);
其中 domain 可以是常數值 PF_INET、PF_LOCAL、PF_IPX 或 PF_INET6：
PF_LOCALPF_IPX PF_INET6
PF_INET 使用 IPv4 協定制式
一般只用作 system logger 或 print queue
Novell 網絡協定制式
使用 IPv6 協定制式
而 type 就選用 SOCK_STREAM 常數值，可以作 byte stream 傳輸。而 protocol 是 network byte order ，SOCK_STREAM 只支援 protocol = 0。如果 socket() 函式發生錯誤，便會回傳負數值。
socket() 的例子：
int sockfd;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
建立了 socket descriptor 後，我們便可以用 connect() 函式連接到伺服端了：
connect() 的 prototype:
int connect(int sd, struct sockaddr *server, int addr_len);
其中 sd 是剛才的 socket descriptor，*server 是一個 structure 包含著伺服端的描述， addr_len 是 *server 所指著的 structure 的大小。要建立這個 structure，我們先要宣告這個 structure：
struct sockaddr_in dest;
然後再初始化 (initialize) 這個 structure 的某些值，如下：
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);
bzero 會把 dest 中的變數的值變為 0，然後把 dest 中的 sin_family 設為 domain (PF_INET, PF_LOCAL, PF_IPX, PF_INET6)，第三句中 8889 是 port number，是伺服端中要連接到的那一個 port number，而第四句中 "127.0.0.1" 這個字串是伺服器的 IP 位址，在這裡即是機器本身。
connect() 的例子：
connect(sockfd, &dest, sizeof(dest));
如果 connect 過程中有錯誤 (例如未連接網路)，便會回傳 0。
到第三階段，可以存取資料了，要讀取資料，我們可以用 recv() 函式：
recv() 的 prototype:
int recv(int sockfd, void* buf, int maxbuf, int options);
其中 sockfd 是 socket 傳回的 socket descriptor，buf 是收到資料後存放的緩沖位置，maxbuf 是緩沖區 buf 的大小，options 是一些選項 (MSG_OOB, MSG_PEEK, MSG_WAITALL, MSG_ERRQUEUE, MSG_NOSIGNAL, MSG_ERRQUEUE)，在這裡的示範會使用 0。recv() 會回傳收到資訊的大小值，如有錯誤，會回傳負數值。
recv() 的例子：
char buffer[128];
recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
要傳輸資料，我們可以用 send() 函式：
send() 的 prototype:
int send(int sockfd, void *buffer, int msg_len, int options);
其中 sockfd、buffer 和 msg_len 和 recv() 的相同，只不過是這次把要傳輸的資訊先放進 buffer 罷了。而 options 有 MSG_OOB, MSG_DONTROUTE, MSG_DONTWAIT, MSG_NOSIGNAL，在這裡我們也會使用 0。和 recv() 一樣，send() 會回傳傳輸的總大小值。
send() 的例子：
char buffer[] = "Hello World!";
send(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
最後可以關閉連結了！方法非常簡單，只要把 socket descriptor 交給 close() 函式便可。
close() 例子：
close(sockfd);
結合以上多項，我們便可以合為一個用戶端程式，範例如下 (sample-client.c)：
注: 並沒有 error handling，如果伺服器不是機器本身，請修改 "127.0.0.1" 為伺服器的 IP。例如 "192.168.1.1"。
#include
#include
#include
int main()
{
int sockfd;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[128];
/* create socket */
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
/* initialize value in dest */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);
/* Connecting to server */
connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
/* Receive message from the server and print to screen */
bzero(buffer, 128);
recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
printf("%s", buffer);
/* Close connection */
close(sockfd);
return 0;
}
要編釋這個程式，使用指令: gcc sample-client.c -o sample-client
要執行程式可以使用指令: ./sample-client
不過在伺服器並未架設前請不要執行程式。
好了，這次我們要學寫伺服器程式，並實伺服器和用戶端程式的流程分別不大，只是多了幾個步驟：
中間由 close(client) 到 accept 的箭咀是個循環 (loop)，而且這個循環是無限的，代表它不斷接受用戶端的連接。
我們要用 bind() 來設定一個 port number 給這個伺服器程式：
bind() 的 prototype:
int bind(int sockfd, struct sockaddr* addr, int addrlen);
其中 addr 也是 sockaddr structure，和先前的初始化過程一樣，不過 sin_addr.s_addr 就改設為 INADDR_ANY。而 addrlen 便是 addr 的大小。
接著用 listen() 使程式可接收 socket：
listen() 的 prototype:
int listen(int sockfd, int queue_len);
queue_len 是可被連接數目的最大值。如沒有錯誤，它回傳 0。
要等待及接受連接，我們要使用 accept() 函式：
accept 的 prototype:
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addr_len)
它會回傳一個 socket descriptor，用作存取。
結合這些新的元素和新的流程圖，便可以寫伺服器程式了。這個範例是 sample-client 的伺服器程式 (sample-server.c)：注: 並沒有 error handling
#include
#include
#include
int main()
{
int sockfd;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[] = "Hello World!";
/* create socket , same as client */
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
/* initialize structure dest */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
/* this line is different from client */
dest.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
/* Assign a port number to socket */
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
/* make it listen to socket with max 20 connections */
listen(sockfd, 20);
/* infinity loop -- accepting connection from client forever */
while(1)
{
int clientfd;
struct sockaddr_in client_addr;
int addrlen = sizeof(client_addr);
/* Wait and Accept connection */
clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen);
/* Send message */
send(clientfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
/* close(client) */
close(clientfd);
}
/* close(server) , but never get here because of the loop */
close(sockfd);
return 0;
}
編釋: gcc sample-server.c -o sample-server
執行: ./sample-server
執行後它便開始接受連接，可以執行 sample-client 試試，便可以接收到 "Hello World!" 這個訊息了！要結束 sample-server 可以按 Ctrl-C。要把 sample-server 放在 background 中工作，可以用 ./sample-server &
如各位想下載源程式碼回來試試，可以到：
http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-client.c
http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-server.c
原文刊載在 LinuxHall 第 16 期
"Linux Socket Programming 淺談 -- 教你的程式如何透過網路溝通"文章作物版權屬於"Kam Tik "第一擁有者。為了推廣網路的使用，除了下列的限制之外，任何人均可以任何型式複製或修改所有講義。
一、不得有任何的商業行為
二、複製或修改這份講義時，必須將本版權聲明列入，並註明之
三、第一身擁有者不對修改過後的內容負任何的責任
PS.所POST的文章是以 GNU Free Documentation License 1.2 分發。
───────────────────────────
編程語言
眾所周知，Networking 一向也是 Unix/Linux 的強項，你可以架設各種不同的 Linux 伺服器，但是，你又否想過你也可以在 Linux 上寫自己的伺服器程式呢？這次我便為大家淺談如何寫一個簡單的 Server-client program，讓大家一嘗自己寫伺服器程式的滋味。
作者: Kam Tik Email: kamtik@www.linux.org.hk
當然，你必需先學會寫 C 才可以寫 server-client program。在這裡，我會假設大家已經學會。這裡我會分開兩部份，分別是用戶端和伺服端。先看看如何寫用戶端程式吧，為了了解 client program 的基本運作原理，我們首先看看 client program 的流程圖。
由上圖可以看到，程式的流程是先建立了 socket data，接著便是連接伺服器，然後便可以寫進或讀取資料，而這個過程可以重複，直至寫入和讀取完所需資訊後，才關閉連接，過程非常似在硬碟中存取資料。
因此，我們的第一步是要建立 socket data。首先我們要匯入一個程式館 (library)：
#include
#include
這兩個 header file 內含所需的函式和 structure 定義。像使用 open() 函式去建立一個 file descriptor 用來存取硬碟中的資料一樣，我們可以用 socket() 函式去建立一個 socket descriptor，socket() 的一般用法如下：
Prototype:
int socket (int domain, int type, int protocol);
其中 domain 可以是常數值 PF_INET、PF_LOCAL、PF_IPX 或 PF_INET6：
PF_LOCALPF_IPX PF_INET6
PF_INET 使用 IPv4 協定制式
一般只用作 system logger 或 print queue
Novell 網絡協定制式
使用 IPv6 協定制式
而 type 就選用 SOCK_STREAM 常數值，可以作 byte stream 傳輸。而 protocol 是 network byte order ，SOCK_STREAM 只支援 protocol = 0。如果 socket() 函式發生錯誤，便會回傳負數值。
socket() 的例子：
int sockfd;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
建立了 socket descriptor 後，我們便可以用 connect() 函式連接到伺服端了：
connect() 的 prototype:
int connect(int sd, struct sockaddr *server, int addr_len);
其中 sd 是剛才的 socket descriptor，*server 是一個 structure 包含著伺服端的描述， addr_len 是 *server 所指著的 structure 的大小。要建立這個 structure，我們先要宣告這個 structure：
struct sockaddr_in dest;
然後再初始化 (initialize) 這個 structure 的某些值，如下：
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);
bzero 會把 dest 中的變數的值變為 0，然後把 dest 中的 sin_family 設為 domain (PF_INET, PF_LOCAL, PF_IPX, PF_INET6)，第三句中 8889 是 port number，是伺服端中要連接到的那一個 port number，而第四句中 "127.0.0.1" 這個字串是伺服器的 IP 位址，在這裡即是機器本身。
connect() 的例子：
connect(sockfd, &dest, sizeof(dest));
如果 connect 過程中有錯誤 (例如未連接網路)，便會回傳 0。
到第三階段，可以存取資料了，要讀取資料，我們可以用 recv() 函式：
recv() 的 prototype:
int recv(int sockfd, void* buf, int maxbuf, int options);
其中 sockfd 是 socket 傳回的 socket descriptor，buf 是收到資料後存放的緩沖位置，maxbuf 是緩沖區 buf 的大小，options 是一些選項 (MSG_OOB, MSG_PEEK, MSG_WAITALL, MSG_ERRQUEUE, MSG_NOSIGNAL, MSG_ERRQUEUE)，在這裡的示範會使用 0。recv() 會回傳收到資訊的大小值，如有錯誤，會回傳負數值。
recv() 的例子：
char buffer[128];
recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
要傳輸資料，我們可以用 send() 函式：
send() 的 prototype:
int send(int sockfd, void *buffer, int msg_len, int options);
其中 sockfd、buffer 和 msg_len 和 recv() 的相同，只不過是這次把要傳輸的資訊先放進 buffer 罷了。而 options 有 MSG_OOB, MSG_DONTROUTE, MSG_DONTWAIT, MSG_NOSIGNAL，在這裡我們也會使用 0。和 recv() 一樣，send() 會回傳傳輸的總大小值。
send() 的例子：
char buffer[] = "Hello World!";
send(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
最後可以關閉連結了！方法非常簡單，只要把 socket descriptor 交給 close() 函式便可。
close() 例子：
close(sockfd);
結合以上多項，我們便可以合為一個用戶端程式，範例如下 (sample-client.c)：
注: 並沒有 error handling，如果伺服器不是機器本身，請修改 "127.0.0.1" 為伺服器的 IP。例如 "192.168.1.1"。
#include
#include
#include
int main()
{
int sockfd;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[128];
/* create socket */
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
/* initialize value in dest */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
inet_aton("127.0.0.1", &dest.sin_addr);
/* Connecting to server */
connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
/* Receive message from the server and print to screen */
bzero(buffer, 128);
recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
printf("%s", buffer);
/* Close connection */
close(sockfd);
return 0;
}
要編釋這個程式，使用指令: gcc sample-client.c -o sample-client
要執行程式可以使用指令: ./sample-client
不過在伺服器並未架設前請不要執行程式。
好了，這次我們要學寫伺服器程式，並實伺服器和用戶端程式的流程分別不大，只是多了幾個步驟：
中間由 close(client) 到 accept 的箭咀是個循環 (loop)，而且這個循環是無限的，代表它不斷接受用戶端的連接。
我們要用 bind() 來設定一個 port number 給這個伺服器程式：
bind() 的 prototype:
int bind(int sockfd, struct sockaddr* addr, int addrlen);
其中 addr 也是 sockaddr structure，和先前的初始化過程一樣，不過 sin_addr.s_addr 就改設為 INADDR_ANY。而 addrlen 便是 addr 的大小。
接著用 listen() 使程式可接收 socket：
listen() 的 prototype:
int listen(int sockfd, int queue_len);
queue_len 是可被連接數目的最大值。如沒有錯誤，它回傳 0。
要等待及接受連接，我們要使用 accept() 函式：
accept 的 prototype:
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addr_len)
它會回傳一個 socket descriptor，用作存取。
結合這些新的元素和新的流程圖，便可以寫伺服器程式了。這個範例是 sample-client 的伺服器程式 (sample-server.c)：注: 並沒有 error handling
#include
#include
#include
int main()
{
int sockfd;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[] = "Hello World!";
/* create socket , same as client */
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
/* initialize structure dest */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = PF_INET;
dest.sin_port = htons(8889);
/* this line is different from client */
dest.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
/* Assign a port number to socket */
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
/* make it listen to socket with max 20 connections */
listen(sockfd, 20);
/* infinity loop -- accepting connection from client forever */
while(1)
{
int clientfd;
struct sockaddr_in client_addr;
int addrlen = sizeof(client_addr);
/* Wait and Accept connection */
clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen);
/* Send message */
send(clientfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
/* close(client) */
close(clientfd);
}
/* close(server) , but never get here because of the loop */
close(sockfd);
return 0;
}
編釋: gcc sample-server.c -o sample-server
執行: ./sample-server
執行後它便開始接受連接，可以執行 sample-client 試試，便可以接收到 "Hello World!" 這個訊息了！要結束 sample-server 可以按 Ctrl-C。要把 sample-server 放在 background 中工作，可以用 ./sample-server &
如各位想下載源程式碼回來試試，可以到：
http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-client.c
http://www.linux.org.hk/~kamtik/linuxhall/sample-server.c
原文刊載在 LinuxHall 第 16 期
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