Linux环境高级编程之高级IO和进程间通信详解

冷不防 2022-12-25 14:56 220阅读 0赞

**高级io**  
先介绍记录锁的概念和记录锁的数据结构。然后介绍阻塞io，非阻塞IO，异步io，IO多路转接等概念，后者都是针对前者更优的技术。IO多路转接技术包括：select，peslect，poll。最后介绍存储映射IO。

**进程间通信**  
介绍了基本进程间通信机制，包括两大类：

进程间数据共享：管道，FIFO，消息队列和共享存储  
进程间数据同步：信号量  
网络进程间通信  
介绍网络间的进程通信机制：套接字。首先是如何寻址。然后介绍socket编程的连接建立，数据传输等。

**高级进程间通信**  
高级进程间通信提供一种可以在进程间传递文件描述符的机制，包括STREAMS管道和unix域套接字  
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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 一. 高级IO ##

**1. 非阻塞IO**  
1.1 概念  
非阻塞io使得与磁盘io有关的系统调用永远不会被阻塞  
这些io相关的系统调用有：open，read，write  
如果这种操作不能完成，则调用立即出错返回  
1.2 如何指定非阻塞io  
如果调用open获得文件描述符，可指定O\_NONBLOCK标识  
对于已经打开的文件描述符，可调用fcntl，由该函数打开O\_NONBLOCK标识  
**2. 记录锁**  
2.1 概述  
概念：当一个进程正在读或修改文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改同一文件区  
flock：文件锁，早期的unix只支持锁整个文件，使用该函数  
fcntl：记录锁，允许锁文件中的任意字节数的区域  
2.2 fcntl  
![在这里插入图片描述][20201202145016988.png]cmd：  
F\_GETLK：获取锁信息  
F\_SETLK：设置锁信息  
F\_SETLKW：阻塞版本的F\_SETLK  
flockptr：指向flock的指针struct flock\{ short l\_type;//F\_RDLCK共享读锁，F\_WRLCK独占写锁，F\_UNLCK解锁 off\_t l\_start;//加锁区域其实位置 short l\_whence;//和start一起确定加锁位置 off\_t l\_len;//加锁长度 pid\_t l\_pid;//进程id \} 复制代码  
不同锁的兼容性：针对同一把锁。如果不同锁，新锁总是覆盖旧锁  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

2.3 锁的隐含继承和释放  
进程终止时，所建立的锁全部释放  
关闭文件描述符时，文件描述符引用的文件上的任何一把锁都被释放  
fork产生的子进程不继承父类设置的锁  
执行exec后，新进程可以继承原程序的锁  
2.4 FreeBSD中记录锁的数据结构  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

v节点表的i节点结构串联起所有的lockf结构  
每个lockf结构说明了一个给定进程的一个加锁区域  
在父进程中，关闭任意一个文件描述符，内核都会遍历i节点各项lockf，并释放持有的锁  
**3. 系统v流机制**  
3.1 基本概念  
STREAMS是系统V提供的构造内核设备驱动程序和网络协议包的一种通用方法。不同于标准io中的stream  
流在用户进程和设备驱动程序之间提供一条全双工通路，流无需和实际硬件设备之间会话  
简单流的基本结构：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

3.2 STREAMS消息  
STREAMS的所有输入输出都基于消息  
流首和用户进程进行消息交换的函数：read，write，ioctl，getmsg，getpmsg，putmsg，putpmsg  
消息可以顺流而下，也可以逆流而上  
消息的组成：消息类型，控制信息，数据。控制信息和数据由strbuf指定：  
![在这里插入图片描述][20201202145213410.png]

消息约有25种，但一般使用的只涉及三种：  
M\_DATA：用户数据  
M\_PROTO：协议控制信息  
M\_PCPROTO：高优先级协议控制信息  
每个输入STREAMS模块有两个输入队列，一个来自上面模块的消息，另一个来自下面模块的消息  
流中的消息都有一个排队优先级，通过优先级波段指定  
3.3 putmsg和putpmsg  
用于将STREAMS消息写入流中  
后者允许指定优先级波段  
3.4 getmsg和getpmsg  
从流首读STREAMS消息  
**4. IO多路转接**  
4.1 阻塞io  
读取一个文件描述符对数据，如果没有数据就一直阻塞住  
缺点：长时间阻塞在同一个文件描述符，另一个文件描述符虽然有很多数据却得不到及时处理  
4.2 非阻塞io  
将两个文件描述符都设置为非阻塞的  
对第一个文件描述符发送read，如果该输入上有数据，则读取并处理。如无数据则立即返回。  
第二个描述符重复上一步操作  
若干秒后，重复执行以上步骤，即轮询  
缺点：浪费cpu时间，大多数时间实际上上无数据可读的。轮询的时间间隔也很难确定  
4.3 异步io  
当一个文件描述符已准备好可以进行io时，用一个信号通知它  
缺点：并发所有的系统都支持，其次这种信号对每个进程而言只有一个  
4.4 IO多路转接  
一种比异步IO更好的处理IO的技术  
先构造一张有关描述符的图表，然后调用一个函数，直到这些描述符中至少一个准备好io时，该函数才返回。返回时，告诉哪些文件描述符已准备好可以io  
支持IO多路转接的函数：poll，pselect，select  
4.5 select  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

readfds：可读描述符集，每一个文件描述符占一位  
内部结构视图  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

描述符集的设置函数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

maxfdp1：最大描述符+1，可设置为FD\_SETSIZE（1024）  
writefds：可写描述符集  
exceptfds：异常描述符集  
tvptr：愿意等待的时间  
NULL：永远等待，捕捉到信号则中断等待  
时间每个字段为0：完全不等待，测试指定的文件描述符并立即返回  
不为0：实际等待的时间  
返回值：  
返回-1：表示出错，文件描述符没有准备好时收到信号，此时不修改文件描述符  
返回0：已经超时了，指定都文件描述符都没有准备好  
正数：已经准备好的文件描述符数量（每个文件描述符读写单独各算一次）  
4.6 pselect  
pselect与select类似，仅仅少部分有差异，如下：

超时值的数据结构不同  
pselect超时值为const，不可改变  
可使用信号屏蔽字  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

4.7 poll  
![在这里插入图片描述][20201202145316620.png]

poll类似与select，不过接口有所不同  
不是为每个状态构造文件描述符集，而是构造一个pollfd的数组，数组每个元素指定文件描述符编号和关心的状态  
![在这里插入图片描述][20201202145325508.png]

参数：  
events：用户设置关心的事件  
reevents：内核返回文件描述符事件  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

**5. 异步IO**  
5.1 概述  
异步io并不像select和poll对所有文件描述符都生效

SystemV系统：只对STREAMS设备和STREAMS管道起作用，发送SIGPOLL信号  
BSD系统：只对终端和网络起作用，发送SIGIO信号  
5.2 SystemV异步IO  
启动异步IO，需要调用ioctl，第二个参数为I\_SETSIG  
同时，在调用ioctl之前建立信号处理程序  
5.3 BSD异步IO  
异步IO是SIGIO（通用异步io）和SIGURG（通知网络进程数据到达）两个信号的组合

调用signal或signalaction为SIGIO建立信号处理程序  
以命令F\_SETOWN调用fcntl设置进程id和进程组id，将接收对于该描述符的信号  
以命令F\_SETFL调用fcntl设置O\_ASYNC文件状态标识，使文件描述符上可以进行异步IO  
**6. readv和writev**  
用于在一次函数调用中读写多个非连续的缓冲区  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

**7. readn和writen**  
按需多此调用read和write，直至读写了N各字节数据  
使用与读写管道，网络设备或终端数据  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

**8. 存储映射IO**  
使一个磁盘空间与一个存储空间中的缓冲区映射。当从缓冲区取数据，就相当于读文件中的相应字节。写数据到缓冲区相当于自动写入文件。这样就可以不用read和write的情况下执行io  
文件映射到存储区：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

addr：存储映射起始地址，通常设置为0，表示由系统选择地址然后作为返回值返回  
port：说明对存储映射区的保护要求，权限不能超过文件本身权限  
PORT\_READ：映射区可读  
PORT\_WRITE：映射区可写  
PORT\_EXEC：映射区可执行  
PORT\_NONE ：映射区不可访问  
flag：  
MAP\_FIXED：返回值必须等于addr，不利于移值  
MAP\_SHARED：存储操作的配置  
MAP\_PRIVATE：创建私有副本  
更改存储映射区权限：mprotect  
刷新映射存储区：msync  
解除存储映射区：munmap

## 二. 进程间通信 ##

进程间通信机制包括：

经典IPC：管道，FIFO，消息队列，信号量，共享存储  
网络IPC：套接字  
**1. 管道**  
1.1 概述  
最古老的ipc机制  
管道有两个局限性：  
历史上，它是半双工的，即数据只能在一个方向流动。虽然现在某些系统提供全双工，但是为了移植性，不假定它有此特性  
他们只能在具有公共祖先的进程之间使用  
尽管有局限性，半双工管道仍然是最常用的ipc  
若write写一个尚无进程为读而打开的管道，产生SIGPIPE信号  
若管道的最后一个写进程关闭该管道，则为管道的读进程产生文件结束标识  
1.2 管道的创建  
![在这里插入图片描述][20201202145511327.png]

参数fields传入两个文件描述符，field\[0\]为读而打开，field\[1\]为写而打开，field\[1\]的输出是field\[0\]的输入  
管道模型：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

1.3 popen和pclose  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]

popen先执行fork，然后调用exec以执行cmdstring，并返回标准io文件指针。如果type=“r“，文件指针连接到cmdstring的标准输出。如果type=“w”，文件指针连接到cmdstring的标准输入  
pclose关闭标准io流  
1.4 FIFO  
FIFO也成为命名管道，通过FIFO，不相关的进程也能交换数据  
创建FIFO：  
![在这里插入图片描述][20201202145543428.png]

mode参数与open函数一致  
非阻塞标准O\_NONBLOCK：  
没有指定该参数：只读open要阻塞到某个其他进程为写而打开此FIFO  
指定该参数：只读open立即返回。没有进程打开FIFO，将出错返回-1  
类似与管道，若write写一个尚无进程为读而打开的FIFO，产生SIGPIPE信号。若FIFO的最后一个写进程关闭该FIFO，则为FIFO的读进程产生文件结束标识  
PIPE\_BUF说明了可被原子写到FIFO的最大数据量  
FIFO的用途  
由shell命令使用，以便将数据从一条管道线传到另一条，无需创建中间临时文件  
用于客户-服务器进程中，以在客户进程和服务器进程间传递数据  
**2. XSI IPC**  
消息队列，信号量和共享存储，这三种IPC称做XSI IPC，他们之间有很多共性，包括：

2.1 标识符和键  
标识符：唯一标识IPC对象的内部名，非负整数  
键：IPC对象的外部名，使多个合作进程能在同一个IPC对象上会合。键基本数据类型为key\_t  
客户进程和服务器进程在同一IPC上会合的方法：  
服务器进程指定键IPC\_PRIVATE创建一个新的IPC结构，将返回的标识符放到某处（文件）给客户进程使用。缺点：要分别读写文件  
在公共头文件中定义一个键，服务器进程指定该键创建IPC结构。缺点：可能IPC已经存在，获取时会出错  
客户进程和服务器进程认同一个路径名和项目id，接着调用ftok将两个值变换为键，再调用方法2  
2.2 权限结构  
XSI IPC为每个IPC结构设置了一个ipc\_perm结构，规定了权限和所有者。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]

2.3 结构限制  
三种形式的IPC都有内置限制  
2.4 优点和缺点  
缺点  
IPC结构是在系统范围内起作用的，没有访问计数  
IPC结构在文件系统中没有名字，不能修改属性，不能ls查看IPC对象，不能用rm删除，也不能用chmod修改权限。不能用文件描述符，也就不能使用select，poll模型  
优点  
可靠  
流是受控的：缓冲区资源紧张，进程就休眠  
面向记录  
可以用非先进先出方式处理  
特征对比  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]

**3. 消息队列**  
3.1 概述  
消息的链接表，存放在内核中，由消息队列标识符标识  
最开始出现的为了提供比一般IPC更高速度的通讯方式，但现在速度上没有优势，已经不再使用了  
创建或打开队列：msgget  
发送消息：msgsend  
获取消息：msgrcv，不一定先进先出，可按消息的类型字段取  
3.2 数据结构  
每个队列相关的数据结构  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]

消息队列在各个系统中的参数限制  
![在这里插入图片描述][20201202145648971.png]

3.3 msgctl函数  
msgctl函数对队列执行多装操作（类似于ioctl，垃圾桶函数）  
![在这里插入图片描述][20201202145659564.png]

cmd：要执行的命令  
IPC\_STATE：获取msgid\_ds结构，并放入buf参数  
IPC\_SET：按buf值，设置数据  
IPC\_RMID：删除队列和数据  
3.4 msgsend函数  
![在这里插入图片描述][2020120214571182.png]

ptr：指向消息内容指针，消息的组成：  
类型：正长整型类型  
长度  
实际数据  
flag：标志  
IPC\_NOWAIT：非阻塞io  
3.5 msgrcv函数  
![在这里插入图片描述][20201202145719496.png]

ptr：获取的数据地址，包括类型和实际数据  
nbytes：数据缓冲区长度  
type：获取哪种消息。  
type=0：返回队列中第一条消息  
type>0：返回消息类型为type的第一个消息  
type<0：返回消息类型小于等于type绝对值的消息  
flag：  
IPC\_NOWAIT：非阻塞  
**4. 信号量**  
4.1 概述  
信号量不同于管道和消息队列，它是一个计数器，用于多进程堆共享数据对象的访问  
信号量计数操作必须是原子的，通常在内核中实现  
使用信号量获取共享资源的操作  
测试该资源的信号量N  
若N为正，则进程可以使用该资源。然后N=N-1，表示使用了一个资源单位  
若N=0，则进程休眠，直到N>0才唤醒，然后第一步  
当进程不使用共享资源时，N=N+1，如果有进程在休眠等待则唤醒  
XSI信号量相对复杂一些  
信号量并发单个非负值，而是一个或多个信号量值的集合  
创建信号量和赋值是分开的，不能原子的创建信号集合  
即使没有进程在使用信号量，他仍然存在  
获得一个信号量ID：semget  
4.2 数据结构  
内核为每个信号量集合设置了一个semid\_ds结构  
![在这里插入图片描述][20201202145735796.png]

每个信号量的结构  
![在这里插入图片描述][20201202145742563.png]

信号量的系统限制  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]

4.3 semctl函数  
包含多种信号量操作  
![在这里插入图片描述][20201202145759218.png]

cmd：  
IPC\_STAT：取semid\_ds结构  
IPC\_SET：设置数据  
IPC\_RMID：删除信号量集合  
4.4 信号量与记录锁在liunx的对比  
记录锁比信号量耗时  
但如果只锁一个资源，宁可用记录锁。因为他使用简单，进程终止时会自动清理锁

## 5. 共享存储 ##

5.1 概述  
共享存储允许两个或更多进程共享给定的存储区  
数据不需要在进程间复制，是最快的IPC  
多进程对于同一个存储区，要注意同步访问，通常使用信号量来进行同步  
获取共享存储区域id：shmget  
共享存储的位置：栈下面  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]

5.2 数据结构  
内核为每个共享存储段设置了shmid\_ds结构  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 20]

共享存储的系统限制  
![在这里插入图片描述][20201202145906566.png]

5.3 shmctl函数  
包含堆共享存储的多种操作  
![在这里插入图片描述][20201202145919126.png]

参数同前面  
5.4 共享存储的使用  
shmat函数：进程用于连接共享存储到其他的地址空间中  
![在这里插入图片描述][20201202145928410.png]

addr参数：  
为0：连接到由内核选择的可以地址上，推荐方式  
非0：且没有指定SHM\_RND，连接到该地址  
非0：指定SHM\_RND，将地址向下取最低边界地址倍数  
flag：  
SHM\_RDONLY：只读  
其他：读写  
5.5 共享存储的释放  
shmdt：脱离该段，但并不删除数据，标识符还在，直到调用shmctl删除

## 三. 网络进程间通信：套接字 ##

**1. 套接字描述符**  
套接字是通信端点的抽象，是用文件描述符实现的  
创建套接字描述符：  
![在这里插入图片描述][20201202150010234.png]

domain：套接字域  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 21]

type：套接字类型  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 22]

protocol：协议，通常为0。表示根据套接字类型默认选择协议  
关闭套接字：close  
shutdown：禁止套接字上的输入/输出，可只关闭一个方向  
**2. 寻址**  
2.1 字节序  
大端字节序：最大字节地址对应于数字最低有效字节  
小段字节需：最小字节地址对应于数字最低有效字节  
各个平台的字节序如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 23]

网络传输中：tcp/ip使用大端字节序  
2.2 地址格式  
地址标识了套接字端点，通用地址格式为：

struct sockaddr{ 
        sa_famliy_t sa_famliy;
        char        sa_data[];
    }

套接字实现可以自由添加aa\_data字段以及长度

//linux实现
    struct sockaddr{ 
        sa_famliy_t sa_famliy;
        char        sa_data[14];
    }
    //freeBSD实现
     struct sockaddr{ 
        unsigned char sa_len;
        sa_famliy_t sa_famliy;
        char        sa_data[14];
    }

ipv4套接字通用地址：，实现者可以自由添加额外字段  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 24]

ipv6套接字通用地址：实现者可以自由添加额外字段  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 25]

sockaddr\_int和sockaddr\_int6都会被转化为sockaddr结构传入套接字例程中  
二进制地址与文本格式地址转化：inet\_ntop，inet\_pton  
2.3 地址查询  
查找给定计算机主机信息：gethostent  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 26]

返回的主机信息数据结构：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 27]

获取网络名字和网络号  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 28]

获取协议名字和协议号  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 29]

服务名字和端口号映射关系查询  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 30]

将主机名和服务名映射到一个地址  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 31]

地址信息包含的成员  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 32]

2.4 将套接字与地址绑定  
客户端套接字关联地址没有太大意义，可以让系统选一个默认地址  
服务端需要给一个客户端请求的套接字绑定一个众所周知的地址  
客户端绑定服务端地址的方法：  
![在这里插入图片描述][20201202150316415.png]

**3. 建立连接**  
3.1 connect  
![在这里插入图片描述][2020120215032779.png]

connect为客户端调用，用于连接请求  
addr为服务器地址  
如果sockfd没有绑定地址，connect会给调用者绑定一个默认地址  
连接可能失败，应用程序必须能处理connect返回的错误  
3.2 listen  
![在这里插入图片描述][20201202150336629.png]

listen为服务端调用  
服务器用listen宣告可以接受连接请求  
backlog：连接请求数量  
3.3 accept  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 33]

accept获得连接请求，并建立连接  
返回的文件描述符是套接字描述符，描述符连接到调用connect到客户端  
新的套接字描述符和原始套接字sockfd具有相同的套接字类型和地址族  
传给accept的原始套接字没有关联到这个连接，而是继续保存可以状态并接受其他连接请求  
如果没有连接请求等待处理，accept会阻塞直到有请求到来  
**4. 数据传输**  
4.1 send  
![在这里插入图片描述][20201202150412733.png]

发送数据，类似与write函数  
send比write多了第四个参数flags，用于改变处理数据到传输方式  
MSG\_DONTROUTE：勿将数据路由出本地网络  
MSG\_DONTWAIT：允许非阻塞操作  
MSG\_EOR：记录结束  
MSG\_OOB：外带数据  
sendto函数：类似send。但是sendto允许在勿连接到套接字上指定一个目标地址  
4.2 recv  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 34]

获取数据，类似于read函数  
recv比read多了第四个产生flags，用于控制如何接收数据  
MSG\_OOB：接受外带数据  
MSG\_PEEK：返回报文内容而不真正取走报文  
MSG\_TRUNC：即使报文被截短，也返回实际的长度  
MSG\_WAITALL：等待直到所以数据可用

**5. 套接字选项**

5.1 套接字选项包括  
通用选项，工作在所有套接字类型上  
在套接字层次管理的选项，但是依赖底层协议的支持  
特定与某种协议的选项，为某个协议独有  
5.2 设置套接字的函数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 35]

**6. 带外数据**  
带外数据是一些通信协议支持的可选特征，允许高优先级的数据比普通数据优先传输  
TCP将外带数据成为“紧急数据”

## 四. 高级进程间通信 ##

**1. 概述**  
Streams管道和unix套接字，这两种高级IPC，可以在进程间传递文件描述符  
服务进程可以使他们的打开文件描述符与特定的名字相关联  
客户进程可以使用这些名字与服务器通信  
操作系统会为每个客户进程提供一个独自的IPC通道  
**2. STREAMS管道**  
Streams pipe是一个全双工（双向）通道  
内部结构如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 36]

**3. UNIX域套接字**  
用于在同一台机器上运行的进程之间通讯

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/e2a27688677c416d8e7216e5232844d9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201202150657552.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70
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