Основы программирования в Linux

К наиболее популярным доменам сокетов относятся AF_UNIX, применяемый для локальных сокетов, реализуемых средствами файловых систем UNIX и Linux, и AF_INET, используемый для сетевых сокетов UNIX. Сокеты домена AF_INET могут применяться программами, взаимодействующими в сетях на базе протоколов TCP/IP, включая Интернет. Интерфейс ОС Windows Winsock также предоставляет доступ к этому домену сокетов.

Параметр сокета type задает характеристики обмена данными, применяемые для нового сокета. Возможными значениями могут быть SOCK_STREAM и SOCK_DGRAM.

 SOCK_STREAM — это упорядоченный, надежный, основанный на соединении, двунаправленный поток байтов. В случае домена сокетов AF_INET этот тип обмена данными по умолчанию обеспечивается TCP-соединением, которое устанавливается между двумя конечными точками потоковых сокетов при подключении. Данные могут передаваться в двух направлениях по линии связи сокетов. Протоколы TCP включают в себя средства фрагментации и последующей повторной сборки сообщений больших объемов и повторной передачи любых их частей, которые могли быть потеряны в сети.

 SOCK_DGRAM — дейтаграммный сервис. Вы можете использовать такой сокет для отправки сообщений с фиксированным (обычно небольшим) максимальным объемом, но при этом нет гарантии, что сообщение будет доставлено или что сообщения не будут переупорядочены в сети. В случае сокетов домена AF_INET этот тип передачи данных обеспечивается дейтаграммами UDP (User Datagram Protocol, пользовательский протокол дейтаграмм).

Протокол, применяемый для обмена данными, обычно определяется типом сокета и доменом. Как правило, выбора нет. Параметр protocol применяется в тех случаях, когда выбор все же предоставляется. Задание 0 позволяет выбрать стандартный протокол, используемый во всех примерах данной главы.

Системный вызов socket возвращает дескриптор, во многом похожий на низкоуровневый файловый дескриптор. Когда сокет подключен к концевой точке другого сокета, для отправки и получения данных с помощью сокетов можно применять системные вызовы read и write с дескриптором сокета. Системный вызов close используется для удаления сокетного соединения.

Адреса сокетов

Каждый домен сокетов требует своего формата адресов. В домене AF_UNIX адрес описывается структурой sockaddr_un, объявленной в заголовочном файле sys/un.h: 

  struct sockaddr_un {
   sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
   char sun_path[]; /* Путь к файлу */
  };

Для того чтобы адреса разных типов могли передаваться в системные вызовы для обработки сокетов, все адресные форматы описываются похожей структурой, которая начинается с поля (в данном случае sun_family), задающего тип адреса (домен сокета). В домене AF_UNIX адрес задается именем файла в поле структуры sun_path.

В современных системах Linux тип sa_family_t, описанный в стандарте X/Open как объявляемый в заголовочном файле sys/un.h, интерпретируется как тип short. Кроме того, размер pathname, задаваемого в поле sun_path, ограничен (в Linux указывается 108 символов; в других системах может применяться именованная константа, например, UNIX_MAX_PATH). Поскольку размер адресной структуры может меняться, многие системные вызовы сокетов требуют или предоставляют на выходе длину, которая будет использоваться для копирования конкретной адресной структуры.

В домене AF_INET адрес задается с помощью структуры с именем sockaddr_in, определенной в файле netinet/in.h, которая содержит как минимум следующие элементы:

  struct sockaddr_in {
   short int sin_family; /* AF_INET */
   unsigned short int sin_port; /* Номер порта */
   struct in_addr sin_addr; /* Интернет-адрес */
  };

Структура IP-адреса типа in_addr определена следующим образом:

  struct in_addr {
   unsigned long int s_addr;
  };

Четыре байта IP-адреса образуют одно 32-разрядное значение. Сокет домена AF_INET полностью описывается IP-адресом и номером порта. С точки зрения приложения все сокеты действуют как файловые дескрипторы, и их адреса задаются уникальными целочисленными значениями.

Именование сокета

Для того чтобы сделать сокет (созданный с помощью вызова socket) доступным для других процессов, серверная программа должна присвоить сокету имя. Сокеты домена AF_UNIX связаны с полным именем файла в файловой системе, как вы видели в программе-примере server1. Сокеты домена AF_INET связаны с номером IP-порта.

  #include <sys/socket.h>
  int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address len);

Системный вызов bind присваивает адрес, заданный в параметре address, неименованному сокету, связанному с дескриптором сокета socket. Длина адресной структуры передается в параметре address_len:

Длина и формат адреса зависят от адресного семейства. В системном вызове bind указатель конкретной адресной структуры должен быть приведен к обобщенному адресному типу (struct sockaddr*).

В случае успешного завершения bind возвращает 0. Если он завершается аварийно, возвращается -1, и переменной errno присваивается одно из значений, перечисленных в табл. 15.2.

Таблица 15.2

Значение errno	Описание
EBADF	Неверный файловый дескриптор
ENOTSOCK	Файловый дескриптор не ссылается на сокет
EINVAL	Файловый дескриптор ссылается на сокет, уже получивший имя
EADDRNOTAVAIL	Недопустимый адрес
EADDINUSE	У адреса уже есть связанный с ним сокет
Для сокетов домена AF_UNIX есть несколько дополнительных значений
EACCESS	Невозможно создать имя в файловой системе из-за прав доступа
ENOTDIR, ENAMETOOLONG	Означает недопустимое имя файла