Программирование для Linux. Профессиональный подход

При создании сокета необходимо задать три параметра, тип взаимодействия, пространство имен и протокол.

Тип взаимодействия определяет способ интерпретации передаваемых данных и число абонентов. Данные, посылаемые через сокет, формируются в блоки, называемые пакетами. Тип взаимодействия указывает на то, как обрабатываются пакеты и как они передаются от отправителя к получателю.

■ При взаимодействии с установлением соединения гарантируется доставка пакетов в том порядке, в каком они были отправлены. Если пакеты теряются или приходят в неправильном порядке из-за проблемы в сети, принимающая сторона автоматически запрашивает у отправителя повторную отправку данных.

Сокеты, ориентированные на соединения, функционируют наподобие телефонного звонка: адреса запрашивающей и принимающей сторон фиксируются в самом начале, на этапе установки соединения.

■ При передаче дейтаграмм не гарантируется доставка и правильный порядок пакетов. Пакеты могут теряться и приходить в произвольном порядке. Операционная система лишь обещает сделать "все возможное".

Дейтаграммные сокеты функционируют подобно почтовой службе: отправитель указывает адрес получателя каждого сообщения и не контролирует доставку пакетов.

Пространство имен сокета определяет способ записи адресов. Например, в локальном пространстве имен адреса — это обычные имена файлов. В пространстве имен Internet адрес сокета состоит из IP-адреса компьютера, подключенного к сети, и номера порта. Благодаря номерам портов можно различать сокеты, созданные на одном компьютере.

Протокол определяет способ передачи данных. Основными семействами протоколов являются TCP/IP (ключевые сетевые протоколы, используемые в Internet) и AppleTalk (протоколы, используемые системами Macintosh). Сокеты могут также работать в соответствии с локальным коммуникационным протоколом UNIX. Не все комбинации типов взаимодействия, пространств имен и протоколов поддерживаются.

5.5.2. Системные вызовы

Сокеты являются более гибкими в управлении, чем рассмотренные выше механизмы межзадачного взаимодействия. При работе с сокетами используются следующие функции:

■ socket — создает сокет;

■ close — уничтожает сокет;

■ connect — устанавливает соединение между двумя сокетами;

■ bind — назначает серверному сокету адрес;

■ listen — переводит сокет в режим приема запросов на подключение;

■ accept — принимает запрос на подключение и создает новый сокет, который будет обслуживать данное соединение.

Сокеты представляются в программе файловыми дескрипторами.

Создание и уничтожение сокетов

Функции socket и close создают и уничтожают сокет соответственно. В первом случае необходимо задать три параметра: пространство имен, тип взаимодействия и протокол. Константы, определяющие пространство имен, начинаются с префикса PF_ (сокращение от "protocol family" — семейство протоколов). Например, константы PF_LOCAL и PF_UNIX соответствуют локальному пространству имен, а константа PF_INET — пространству имен Internet. Константы, определяющие тип взаимодействия, начинаются с префикса SOCK_. Сокетам, ориентированным на соединения, соответствует константа SOCK_STREAM, а дейтаграммным сокетам — константа SOCK_DGRAM.

Выбор протокола определяется связкой "пространство имен — тип взаимодействия". Поскольку для каждой такой пары, как правило, лучше всего подходит какой-то один протокол, в третьем параметре функции socket обычно задается значение 0 (выбор по умолчанию). В случае успешного завершения функция socket возвращает дескриптор сокета. Чтение и запись данных через сокеты осуществляется с помощью обычных файловых функций, таких как read, write и т.д. По окончании работы с сокетом его необходимо удалить с помощью функции close.

Вызов функции connect

Чтобы установить соединение между двумя сокетами, следует на стороне клиента вызвать функцию connect, указав адрес серверного сокета. Клиент — это процесс, инициирующий соединение, а сервер — это процесс, ожидающий поступления запросов на подключение. В первом параметре функции connect задается дескриптор клиентского сокета, во втором— адрес серверного сокета, в третьем — длина (в байтах) адресной структуры, на которую ссылается второй параметр. Формат адреса будет разным в зависимости от пространства имен.

Передача данных

При работе с сокетами можно применять те же самые функции, что и при работе с файлами. О низкоуровневых функциях ввода-вывода, поддерживаемых в Linux, рассказывается в приложении Б, "Низкоуровневый ввод-вывод". Имеется также специальная функция send, являющаяся альтернативой традиционной функции write.

5.5.3. Серверы

Жизненный цикл сервера можно представить так:

1) создание сокета, ориентированного на соединения (функция socket);

2) назначение сокету адреса привязки (функция bind);

3) перевод сокета в режим ожидания запросов (функция listen);

4) прием поступающих запросов (функция accept);

5) закрытие сокета (функция close).

Данные не записываются и не читаются напрямую через серверный сокет. Вместо этого всякий раз, когда сервер принимает запрос на соединение, ОС Linux создает отдельный сокет, используемый для передачи данных через это соединение.

Серверному сокету необходимо с помощью функции bind назначить адрес, чтобы клиент смог его найти. Первым аргументом функции является дескриптор сокета. Второй аргумент — это указатель на адресную структуру, формат которой будет зависеть от выбранного семейства адресов. Третий аргумент — это длина адресной структуры в байтах. После получения адреса сокет, ориентированный на соединения, должен вызвать функцию listen, тем самым обозначив себя как сервер. Первым аргументом этой функции также является дескриптор сокета. Второй аргумент определяет, сколько запросов может находиться в очереди ожидания. Если очередь заполнена, все последующие запросы отвергаются. Этот аргумент задает не предельное число запросов, которое способен обработать сервер. а максимальное количество клиентов, которые могут находиться в режиме ожидания.

Сервер принимает от клиента запрос на подключение, вызывая функцию accept. Первый ее аргумент — это дескриптор сокета. Второй аргумент указывает на адресную структуру, заполняемую адресом клиентского сокета. Третий аргумент содержит длину (в байтах) адресной структуры. Функция accept создает новый сокет для обслуживания клиентского соединения и возвращает его дескриптор. Исходный серверный сокет продолжает принимать запросы от клиентов. Чтобы прочитать данные из сокета, не удалив их из входящей очереди, воспользуйтесь функцией recv. Она принимает те же аргументы, что и функция read, плюс дополнительный аргумент FLAGS. Флаг MSG_PEEK задает режим "неразрушающего" чтения, при котором прочитанные данные остаются в очереди.