《Linux網路開發必學教程》6_Window 下的網路程式設計

TianSong發表於2022-05-05
Linux程式設計
socket 介面已普遍存在於現代作業系統中
  • Windows 下的 socket 程式設計介面與 Linux 中幾乎相同

  • 不同之處

    • 返回型別不同（控制程式碼型別）
    • 控制程式碼不是檔案描述符，Window 中並不是一切接檔案 （因此 windows 下對於 socket 無法使用 send、recv）

Windows 下 socket() 的用法

SOCKET s = {0};

s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  // IPPROTO_TCP 明確指明建立 TCP 協議的套接字

if (s == INVALID) {  // 建立套接字時出錯，返回 INVALID_SOCKET
    ERROR("...");
    return -1;
}

Windows 網路程式設計介面

#include <winsock2.h>

函式原型功能描述
SOCKET socket(int af, int type, int protocal);建立套接字，為網路連線做準備
int connect(SOCKET s, const struct sockaddr *addr, int len);連線指定地址的遠端裝置
int send(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags);傳送資料到遠端裝置
int recv(SOCKET s char *buf, int len, int flags);接收遠端裝置發回的資料
int closesocket(SOCKET s);關閉連線，銷燬套接字
int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *addr, int len);將套接字與指定地址進行關聯
int listen(SOCKET s, int backlog);將套接字推入監聽狀態，等待連線
SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr *addr, int len);接收客戶端連線
int shutdown(SOCKET s, int howto);關閉連線，停止傳送和接收
closes 與 shutdown（Linux 下也存在） 的區別：shoutdown 不釋放 socket 資源

幾點細微差別

  • 通過 WSAStartup() 初始化系統環境（最先呼叫）
  • socket(), accept() 錯誤返回 INVALID_SOCKET （不可預設為 -1）
  • bind(), listen() 錯誤返回 SOCKET_ERROR (不可預設為 -1)
  • connect(), send(),recv() 錯誤返回 SOCKET_ERROR (不可預設為 -1)
  • 通過 WSACleanup() 清除系統環境（最後呼叫）

Windows 網路程式設計的特殊說明

  • 在工程屬性中設定連結 ws2_32.lib
  • 定義變數 WSADATA wd

  • 選擇 socket 版本並初始化 WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd)

    • Windows 中存在多個 socket 版本

      • MAKEWORD(1, 2) // 主版本為1， 副版本為2，返回0x0201
      • MAKEWORD(2, 2) // 主版本為2， 副版本為2，返回0x0202

程式設計實驗：Windows 網路程式設計示例

client.c
#include "stdafx.h"
#include <winsock2.h>

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    SOCKET sock = 0;  // 注意 socket 型別
    struct sockaddr_in addr = {0};
    int len = 0;
    char buf[128] = {0};
    char input[32] = {0};
    int r = 0;

    WSADATA wd = {0};  // 注意變數定義

    if( WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd) != 0 )  // 注意初始化系統環境
    {
        printf("startup error\n");
        return -1;
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if( sock == INVALID_SOCKET )  // 注意返回值型別
    {
        printf("socket error\n");
        return -1;
    }

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    addr.sin_port = htons(8888);

    if( connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == SOCKET_ERROR )  // 注意返回值型別
    {
        printf("connect error\n");
        return -1;
    }

    printf("connect success\n");

    while( 1 )
    {
        printf("Input: ");

        scanf("%s", input);

        len = send(sock, input, strlen(input) + 1, 0);

        r = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);

        if( r > 0 )
        {
            printf("Receive: %s\n", buf);
        }
        else
        {
            break;
        }
    }

    closesocket(sock);  // 注意
    
    WSACleanup();  // 注意清除系統環境

    return 0;
}
server.c
// Server.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <winsock2.h>

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    SOCKET server = 0;
    struct sockaddr_in saddr = {0};
    SOCKET client = 0;
    struct sockaddr_in caddr = {0};
    int asize = 0;
    int len = 0;
    char buf[32] = {0};
    int r = 0;

    WSADATA wd = {0};

    if( WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd) != 0 )
    {
        printf("startup error\n");
        return -1;
    }

    server = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if( server == INVALID_SOCKET )
    {
        printf("server socket error\n");
        return -1;
    }

    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    saddr.sin_port = htons(8888);

    if( bind(server, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) == SOCKET_ERROR )
    {
        printf("server bind error\n");
        return -1;
    }

    if( listen(server, 1) == SOCKET_ERROR )
    {
        printf("server bind error\n");
        return -1;
    }

    printf("server start success\n");

    while( 1 )
    {
        asize = sizeof(caddr);

        client = accept(server, (struct sockaddr*)&caddr, &asize);

        if( client == INVALID_SOCKET )
        {
            printf("client accept error\n");
            return -1;
        }

        printf("client: %d\n", client);

        do
        {
            r = recv(client, buf, sizeof(buf), 0);

            if( r > 0 )
            {
                printf("Receive: %s\n", buf);

                if( strcmp(buf, "quit") != 0 )
                {
                    len = send(client, buf, r, 0);
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }

        } while ( r > 0 );

        closesocket(client);
    }
    
    closesocket(server);

    WSACleanup();

    return 0;
}
問題：select() 是 Linux 系統特有的嗎？

Windows 下的 select() 函式

  • Windows 中同樣提供 select() 函式，並且引數與Linux的版本完全相同
  • 注意：Windows 中 select() 函式，第一個引數沒有任何意義（僅為了相容）
#include <winsock2.h>

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

一個細微差別：Windows 中的 select() 專門為套接字設計

  • fd_count 用於記錄興趣的 socket 數量
  • fd_array 用於記錄感興趣的 socket 控制程式碼
typedef struct fd_set {
    u_int fd_count;
    SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];
}fd_set;

Windows 中 select() 函式使用示例

temps = reads;

timeout.tv_sec = 0;
timeout.tv_usec = 10000;

num = select(0, &temps, 0, 0, &timeout);

if (num > 0) {
    unsigned int i = 0;

    for (i=0; i <reads.fd_fount; ++i) {
        if (FD_ISSET(reads.fd_array[i], &temps)) {
            if (reads.fd_array[i] == server) {
            
            }
            else {
    
            }
        }
    }
}

程式設計實驗： Windows 中的多路複用服務端

// Select-Server.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <winsock2.h>

SOCKET server_handler(SOCKET server)
{
    struct sockaddr_in addr = {0};
    int asize = sizeof(addr);

    return accept(server, (struct sockaddr*)&addr, &asize);
}

int client_handler(SOCKET client)
{
    char buf[32] = {0};
    int ret = recv(client, buf, sizeof(buf)-1, 0);

    if( ret > 0 )
    {
        buf[ret] = 0;

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

        if( strcmp(buf, "quit") != 0 )
        {
            ret = send(client, buf, ret, 0);
        }
        else
        {
            ret = -1;
        }
    }

    return ret;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    SOCKET server = 0;
    struct sockaddr_in saddr = {0};
    // unsigned int max = 0;
    int num = 0;
    fd_set reads = {0};
    fd_set temps = {0};
    struct timeval timeout = {0};

    WSADATA wd = {0};

    if( WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd) != 0 )
    {
        printf("startup error\n");
        return -1;
    }


    server = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if( server == INVALID_SOCKET )
    {
        printf("server socket error\n");
        return -1;
    }

    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    saddr.sin_port = htons(8888);

    if( bind(server, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) == SOCKET_ERROR )
    {
        printf("server bind error\n");
        return -1;
    }

    if( listen(server, 1) == SOCKET_ERROR )
    {
        printf("server listen error\n");
        return -1;
    }

    printf("server start success\n");

    FD_ZERO(&reads);
    FD_SET(server, &reads);

    // max = server;

    while( 1 )
    {
        temps = reads;

        timeout.tv_sec = 0;
        timeout.tv_usec = 10000;

        // num = select(max+1, &temps, 0, 0, &timeout);
        num = select(0, &temps, 0, 0, &timeout);

        if( num > 0 )
        {
            unsigned int i = 0;

            for(i=0; i<reads.fd_count; i++)  // 此處相對 Linux 的優勢，只需遍歷實際監聽的 socket 控制程式碼數量！！
            {
                SOCKET sock = reads.fd_array[i];

                if( FD_ISSET(sock, &temps) )
                {
                    if( sock == server )
                    {
                        SOCKET client = server_handler(sock);

                        if( client != INVALID_SOCKET )
                        {
                            FD_SET(client, &reads);

                            // max = (client > max) ? client : max;

                            printf("accept client: %d\n", client); 
                        }
                    }
                    else
                    {
                        int r = client_handler(sock);

                        if( r == -1 )
                        {
                            FD_CLR(sock, &reads);

                            closesocket(sock);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    closesocket(server);

    WSACleanup();

    return 0;
}
思考：如何編寫可以跨平臺編譯執行的網路程式?

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