高級套接字編程

第五講

高級套接字編程任立勇電子科技大學(xué)計算機學(xué)院2/6/20231目錄高級名字與地址函數(shù)高級i/o函數(shù)高級udp套接字編程帶外數(shù)據(jù)2/6/20232getaddrinfo函數(shù)gethostbyname和gethostbyaddr函數(shù)，是依賴于協(xié)議的，而且也是不可重入的。同時以前介紹的函數(shù)也不能調(diào)用一個函數(shù)解決將主機名和服務(wù)名轉(zhuǎn)變成套接字地址結(jié)構(gòu)的問題。指定主機名和服務(wù)名將足以與一個獨立于協(xié)議細節(jié)的服務(wù)建立連接。#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netdb.h>intgetaddrinfo(constchar*hostname,constchar*service,conststructaddrinfo*hints,structaddrinfo**result);返回：成功返回0；出錯返回非零；2/6/20233addrinfo結(jié)構(gòu)structaddrinfo{ int ai_flags; /*AI_PASSIVE,AI_CANONNAME*/ int ai_family; /*AF_xxx*/ int ai_socktype; /*SOCK_xxx*/ int ai_protocol; /*0orIPPROTO_xxxforIPv4andIPv6*/ size_t ai_addrlen; /*lengthofai_addr*/ char * ai_canonname;/*ptrtocanonicalnameforhost*/ structsockaddr *ai_addr; /*ptrtosocketaddr.struct*/ structaddrinfo *ai_next; /*ptrtonextstructrurelinkedlist*/};2/6/20234getaddrinfo函數(shù)（cont.）hints是一個空指針或指向一個addrinfo結(jié)構(gòu)的指針，由調(diào)用者填寫關(guān)于它所想返回的信息類型的線索。調(diào)用者可以設(shè)置的hints結(jié)構(gòu)的成員有：ai_flags（AI_PASSIVE，AI_CANONNAME）；ai_family；ai_socktype；ai_protocol。如果函數(shù)返回成功，ressult參數(shù)指向的變量將被填入一個指針，它指向一個由ai_next串起來的結(jié)構(gòu)鏈表，返回這個復(fù)合結(jié)構(gòu)有兩種方式：如果與該hostname對應(yīng)的有多個地址，將按請求的地址族（如果指定了ai_family）線索為每個地址返回一個結(jié)構(gòu)；如果該服務(wù)在多種套接字類型上提供，將根據(jù)ai_socktype線索為每個套接字類型返回一個結(jié)構(gòu)。2/6/20235getaddrinfo函數(shù)舉例在沒有提供任何線索的條件下，要求domain服務(wù)查找一個有兩個IP地址的主機，其結(jié)果如右圖。ai_flagsai_familyai_socktypeai_protocolai_addrlenai_canonnameai_addrai_nextai_flagsai_familyai_socktypeai_protocolai_addrlenai_canonnameai_addrai_nextresultsAF_INETSOCK_STREAM016\0Sockaddr_in{}addrinfo{}addrinfo{}見書234頁2/6/20236getaddrinfo的參數(shù)問題getaddrinfo的參數(shù)輸入有很多種組合，許多是無效的，我們一般注意以下幾種情況：指定hostname和service，這在tcp和udp客戶程序中很常見。1）tcp客戶程序遍歷所有返回的IP地址，逐一調(diào)用socket和connect，直到連接成功或所有地址被測試過為止。2）Udp客戶程序中，由getaddrinfo填寫的套接字地址結(jié)構(gòu)被用來調(diào)用sendto。如果客戶程序知道它只處理一種類型的套接字，就應(yīng)把hints結(jié)構(gòu)中的ai_socket設(shè)為SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。一個典型的服務(wù)器程序只用service以及hints結(jié)構(gòu)中的AI_PASSIVE標(biāo)志，而不需要指明hostname，返回的套接字地址結(jié)構(gòu)中包含一個INADDR_ANY或IN6ADDR_ANY的IP地址，隨后可建立監(jiān)聽套接字。對于一個服務(wù)器處理多種服務(wù)，我們可以遍歷由getaddrinfo返回的地址結(jié)構(gòu)，為每個地址結(jié)構(gòu)創(chuàng)建一個套接字，然后用select處理多個套接字。2/6/20237getaddrinfo的缺點盡管getaddrinfo比gethostbyname與getserbyname函數(shù)的功能更多（單個函數(shù)不僅獨立于協(xié)議，而且既處理了主機名又處理了服務(wù)，而且所有返回的所有信息是動態(tài)分配的），但getaddrinfo函數(shù)的hints參數(shù)仍然給調(diào)用者帶來了不少的麻煩（如需要分配一個hints，初始化為0，填上必須的字段，調(diào)用完成后，還需要遍歷鏈表逐一嘗試）。Thegetaddrinfofunctioncombinesthefunctionalityprovidedbythegetipnodebyname,getipnodebyaddr,getservbyname,andgetservbyportfunctionsintoasingleinterface.Thethread-safegetaddrinfofunctioncreatesoneormoresocketaddressstructuresthatcanbeusedbythebindandconnectsystemcallstocreateaclientoraserversocket.2/6/20238freeaddrinfo函數(shù)由getaddrinfo返回的存儲空間，包括addrinfo結(jié)構(gòu)和ai_canonname字符串，都是用malloc動態(tài)分配的。這些空間可調(diào)用freeaddrinfo釋放。#include<netdb.h>voidfreeaddrinfo(structaddrinfo*ai);ai應(yīng)指向getaddrinfo返回的第一個addrinfo結(jié)構(gòu)。在該鏈表中所有結(jié)構(gòu)，以及這些結(jié)構(gòu)所指向的動態(tài)存儲空間都將被釋放。2/6/20239getaddrinfo函數(shù)例子2/6/202310getnameinfo函數(shù)這個函數(shù)與getaddrinfo互補：它以一個套接字地址為參數(shù)，返回一個描述主機的字符串和描述服務(wù)的字符串。它也是獨立于協(xié)議和可重入的。該函數(shù)結(jié)合了gethostbyaddr與getservbyport兩個函數(shù)的功能。#include<netdb.h>intgetnameinfo(conststructsocckaddr*sockaddr,socklen_taddrlen,char*host,size_thostlen,char*serv,size_tservlen,intflags);返回：成功返回0；出錯返回-1。inet_ntop和getnameinfo的差別在于，前者不查DNS直接返回可輸出的IP地址，而后者通常試圖給主機和服務(wù)查到一個名字。2/6/202311getnameinfo的flags參數(shù)getnameinfo的參數(shù)flags能改變它的操作：NI_DGRAM：數(shù)據(jù)報服務(wù)；NI_NAMEREQD：不能從地址反向解析到名字時返回錯誤；NI_NOFQDN：只返回FQDN的主機部分；NI_NUMERICHOST：返回主機的數(shù)值格式串；NI_NUMERISERV：返回服務(wù)的數(shù)值格式串2/6/202312getnameinfo函數(shù)的例子structsockaddr_insa;charname[NI_MAXHOST],serv[NI_MAXSERV];sa.sin_family=AF_INET;sa.sin_port=80;inet_aton("73",&sa.sin_addr);getnameinfo((structsockaddr*)&sa,sizeof(structsockaddr),name,NI_MAXHOST,serv,NI_MAXSERV,0);printf("Hostnameis%s.Servernameis%s.\n",name,serv);2/6/202313getnameinfo函數(shù)的例子2/6/202314getipnodebyname&getipnodebyaddrstructhostent*getipnodebyname(constchar*name,intaf,intflags,int*error_num);structhostent*getipnodebyaddr(constvoid*addr,size_tlen,intaf,int*error_num);這兩個函數(shù)分別取代了gethostbyname和gethostbyaddr(legacy)，它們只能處理IPv4地址，而且為不可重入函數(shù)。這兩個函數(shù)可以處理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族，同時其返回值的空間動態(tài)分配，因此使用完后需調(diào)用freehostent釋放。2/6/202315高級I/O函數(shù)：套接字超時有三種方法給套接字上的I/O操作設(shè)置超時：使用select阻塞在等待I/O上，select內(nèi)部有一個時間限制，以此代替在read或write調(diào)用上阻塞。使用新的SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIME套接字選項。但并不是所有的實現(xiàn)都支持這兩個選項。調(diào)用alarm，在到達指定時間時產(chǎn)生SIGALRM信號。這涉及到信號處理，而且可能與進程中其他已有的alarm調(diào)用沖突；2/6/202316用SIGALRM給connect設(shè)置超時典型情況下，connect函數(shù)的超時時間為75秒，顯得過長，我們可以利用下面的方法縮小連接建立的超時時間。staticvoid connect_alarm(int);intconnect_timeo(intsockfd,constSA*saptr,socklen_tsalen,intnsec){ Sigfunc *sigfunc; int n; sigfunc=Signal(SIGALRM,connect_alarm); if(alarm(nsec)!=0) err_msg("connect_timeo:alarmwasalreadyset");以前設(shè)置的定時器還未到。2/6/202317用SIGALRM給connect設(shè)置超時 if((n=connect(sockfd,(structsockaddr*)saptr,salen))<0){ close(sockfd); if(errno==EINTR) errno=ETIMEDOUT; } alarm(0); /*turnoffthealarm*/ Signal(SIGALRM,sigfunc); /*restoreprevioussignalhandler*/ return(n);}staticvoidconnect_alarm(intsigno){ return; /*justinterrupttheconnect()*/}關(guān)閉套接字的目的是防止內(nèi)核繼續(xù)進行三次握手。2/6/202318用SIGALRM給connect設(shè)置超時使用這種方法有幾點需要注意：這種技術(shù)可以減少connect的超時時間，但不能延長內(nèi)核中已有的超時時間。如果在調(diào)用alarm函數(shù)安裝時鐘時，以前的時鐘依然存在，則本方法或失效，或影響以前的時鐘。（即：和進程中其他已有的alarm調(diào)用沖突）另，由于大多數(shù)的sleep函數(shù)使用alarm函數(shù)實現(xiàn)，因此，如果程序中有調(diào)用sleep函數(shù)，本方法可能導(dǎo)致它們相互作用而出現(xiàn)不可預(yù)料的后果。2/6/202319用SIGALRM為recvfrom設(shè)置超時staticvoid sig_alrm(int);voiddg_cli(FILE*fp,intsockfd,constSA*pservaddr,socklen_tservlen){ int n; char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE+1]; Signal(SIGALRM,sig_alrm); while(fgets(sendline,MAXLINE,fp)!=NULL){ sendto(sockfd,sendline,strlen(sendline),0,pservaddr,servlen); alarm(5);/*設(shè)置超時定時器*/ if((n=recvfrom(sockfd,recvline,MAXLINE,0,NULL,NULL))<0){ if(errno==EINTR) fprintf(stderr,"sockettimeout\n");2/6/202320用SIGALRM為recvfrom設(shè)置超時（續(xù)） else err_sys("recvfromerror"); }else{ alarm(0);/*成功接收后，需要撤銷定時器*/ recvline[n]=0; /*nullterminate*/ Fputs(recvline,stdout); } }}staticvoidsig_alrm(intsigno){ return; /*justinterrupttherecvfrom()*/}2/6/202321用select為recvfrom設(shè)置超時intreadable_timeo(intfd,intsec){ fd_set rset; structtimeval tv; FD_ZERO(&rset); FD_SET(fd,&rset); tv.tv_sec=sec; tv.tv_usec=0; return(select(fd+1,&rset,NULL,NULL,&tv));/*>0ifdescriptorisreadable*/}這個函數(shù)的返回值就是select的返回值；這個函數(shù)不執(zhí)行讀操作，它只是等待描述字變成可讀。因此這個函數(shù)可以用在任何類型的套接字上：tcp或udp。可以建立類似的名為writeable_timeo的函數(shù)，等待一個描述字變成可寫。2/6/202322用SO_RCVTIMEO選項為recvfrom設(shè)置超時一旦為某個描述字設(shè)置了這個選項，并指定了超時值，那么這個超時對該描述字上的所有讀操作都起作用；與此類似SO_SNDTIMEO只對寫操作起作用。它們都不能對connect設(shè)置超時。intsetread_timeo(intfd,intsec){ structtimevaltv; tv.tv_sec=sec; tv.tv_usec=0; return(setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,&tv,sizeof(tv)));}該函數(shù)的返回值是setsockopt函數(shù)的返回值；該函數(shù)可以用于tcp或udp套接字。2/6/202323readv和writev函數(shù)這兩個函數(shù)與read和write相似，但readv和writev可以讓我們在一個函數(shù)調(diào)用中讀或?qū)懚鄠€緩沖區(qū)，這些操作被稱為分散讀和集中寫。#include<sys/uio.h>ssize_treadv(intfiledes,conststructiovec*iov,intiovcnt);ssize_twritev(intfiledes,conststructiovec*iov,intiovcnt); 返回：讀到或?qū)懗龅淖止?jié)數(shù)，出錯時為-1。readv和writev函數(shù)可用于任何描述字，不僅限于套接字描述字，而且writev是一個原子操作。參數(shù)iov是一個指向iovec結(jié)構(gòu)的數(shù)組的指針：structioven{ void *iov_base; /*startingaddressofbuffer*/ size_t iov_len; /*sizeofbuffer*/}2/6/202324readv和writev函數(shù)（續(xù)）len0len1……lenNvector[0].iov_basevector[0].iov_lenvector[1].iov_basevector[1].iov_lenvector[count-1].iov_basevector[count-1].iov_len緩存0len0緩存1len1緩存NlenN2/6/202325readv和writev函數(shù)（續(xù)）注意：readv的第二個參數(shù)被說明為const，這是因為在讀取過程中，并不修改iovec結(jié)構(gòu)的成員，而只修改iov_base所指向的存儲區(qū)；對于分散的緩存的個數(shù)在不同的實現(xiàn)中有不同的限制。函數(shù)readv與writev的最大好處在于：可以通過一個系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)讀、寫多個緩存，因此，可以極大地減少CPU時間操作SPARC80386用戶系統(tǒng)時鐘用戶系統(tǒng)時鐘兩次write0.513.113.7緩存復(fù)制，然后一次write0.54.48.1一次writev0.34.68.22/6/202326recvmsg和sendmsg函數(shù)#include<sys/socket.h>/*<bits/socket.h>inlinux*/ssize_trecvmsg(intsockfd,structmsghdr*msg,intflags);ssize_tsendmsg(intsockfd,structmsghdr*msg,intflags); 返回：成功時為讀入或?qū)懗龅淖止?jié)數(shù)，出錯時為-1。這兩個函數(shù)是最通用的i/o函數(shù)，實際上，recvmsg可以代替read,readv,recv和recvfrom。同理，各種輸出函數(shù)也可以用sendmsg取代。這兩個函數(shù)把大部分參數(shù)封裝在如下結(jié)構(gòu)structmsghdr{ void *msg_name; /*protocoladdress*/ socklen_t msg_namelen; /*sizeofprotocoladdress*/ structiovec *msg_iov; /*scatter/gatherarray*/ size_t msg_iovlen; /*#elementsinmsg_iov*/ void *msg_control; /*ancillarydata;mustbealignedfora cmsghdrstructrue*/ socklen_len msg_controllen; /*lengthofancillarydata*/ int msg_flags; /*flagsreturnedbyrecvmsg*/}2/6/202327structmsghdr結(jié)構(gòu)說明msg_name和msg_namelen成員對于未經(jīng)連接的套接字（如udp套接字），前者指向套接字地址。對recvmsg而言，它們存放發(fā)送方的地址，對sendmsg，它們是目的方地址。對于不需要指明協(xié)議地址（如tcp套接字），msg_name應(yīng)被置成空。msg_iov和msg_iovlen成員指明輸入或輸出的緩沖區(qū)數(shù)組。msg_control和msg_controllen成員指明可選的輔助數(shù)據(jù)的位置和大小。2/6/202328structmsghdr結(jié)構(gòu)說明（續(xù)）必須區(qū)別兩個標(biāo)志變量：函數(shù)中的傳值的flags參數(shù)和msghdr結(jié)構(gòu)中的msg_flags（它是以引用方式傳遞的）：msg_flags只用于recvmsg。調(diào)用recvmsg時，flags參數(shù)被拷貝到msg_flags成員，而且內(nèi)核用這個值進行接收處理，它的值會根據(jù)recvmsg的結(jié)果而更新。sendmsg會忽略msg_flags成員，因為它在進行輸出時使用flags參數(shù)。2/6/202329各種I/O函數(shù)輸入和輸出標(biāo)志

標(biāo)志MSG_DONTROUTE *MSG_DONTWAIT * *MSG_PEEK *MSG_WAITALL *MSG_EOR * *MSG_OOB * * *MSG_BCAST *MSG_MCAST *MSG_TRUNC *MSG_CTRUNC *在sendflagssendtoflagssendmsgflags中檢查在recvflagsrecvfromflagsrecvmsgflags中檢查在recvmsgmsg_flags中返回2/6/202330新增標(biāo)志MSG_BCAST：當(dāng)收到的數(shù)據(jù)報是一個鏈路層的廣播或其目的IP地址為廣播地址時，將返回此標(biāo)志；MSG_MCAST：當(dāng)收到數(shù)據(jù)是鏈路層的多播時，將設(shè)置概標(biāo)志MSG_TRUNC：這個標(biāo)志在數(shù)據(jù)報被截斷時返回：內(nèi)核有比進程所分配的空間所能容納的還要多的數(shù)據(jù)待返回。MSG_CTRUNC：這個標(biāo)志在輔助數(shù)據(jù)被截斷時返回；2/6/202331msghdr的例子假定進程是對一個udp套接字調(diào)用recvmsg。給協(xié)議地址分配了16個字節(jié)，輔助數(shù)據(jù)分配了20個字節(jié)，初始化了三個iovec結(jié)構(gòu)元素的數(shù)組：第一個指定一個100字節(jié)的緩沖區(qū)，第二個是60字節(jié)的緩沖區(qū)，第三個是80字節(jié)的緩沖區(qū)。假定有一個從的端口號2000到來的170字節(jié)的udp數(shù)據(jù)報，目的地是我們的udp套接字，目的ip為5。2/6/202332對一個udp套接字調(diào)用recvmsg時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)msg_namemsg_namelenmsg_iovmsg_iovlenmsg_controlmsg_contrllenmsg_flagsmsghdr{}iov_baseiov_leniov_baseiov_leniov_baseiov_len1632001006080iovec{}2/6/202333recvmsg返回時對上圖的更新msg_namemsg_namelenmsg_iovmsg_iovlenmsg_controlmsg_contrllenmsg_flagsmsghdr{}iov_baseiov_leniov_baseiov_leniov_baseiov_len1631601006080sockaddr_in{}Ioven{}[]cmsghdr{}16,AF_INET,2000,cmsglencmsg_levelcmsg_type16IPPROTO_IPIP_RECVDSGADDR52/6/202334輔助數(shù)據(jù)可以在sendmsg和recvmsg時使用msghdr結(jié)構(gòu)中的msg_control和msg_controllen成員發(fā)送或接收輔助數(shù)據(jù)（也叫控制信息）。下面是各種輔助數(shù)據(jù)用法：協(xié)議 cms_level cmsg_type 說明IPv4 IPPROTO_IP IP_RECVDSTADDR 接收udp數(shù)據(jù)報的目的地址 IP_RECVIF 接收udp數(shù)據(jù)報的接口索引IPv6 IPPROTO_IPv6 IPv6_DSTOPTS 指定／接收目標(biāo)選項 IPv6_HOPLIMIT 指定／接收跳限 IPv6_RTHDR 指定／接收路由頭部 IPv6_PKTINFO 指定／接收分組信息Unix域 SOL_SOCKET SCM_RIGHT 發(fā)送／接收描述字 SCM_CREDS 發(fā)送／接收用戶憑證2/6/202335輔助數(shù)據(jù)由一個或多個輔助數(shù)據(jù)對象組成，每個對象由一個cmshdr開頭：structcmsghdr{ socklen_t cmsg_len; int cmsg_level; int cmsg_type;/*follwedbyunsignedcharcmsg_data[]*/};輔助數(shù)據(jù)（續(xù)）數(shù)據(jù)cmsglencmsg_levelcmsg_type填充字節(jié)填充字節(jié)數(shù)據(jù)cmsglencmsg_levelcmsg_type填充字節(jié)cmsghdrcmsghdr輔助數(shù)據(jù)對象輔助數(shù)據(jù)對象msg_controllencsg_lenCMSG_LEN()csg_lenCMSG_LEN()2/6/202336常用的輔助數(shù)據(jù)宏操作#include<sys/socket.h>#include<sys/param.h>structcmsghdr*CMSG_FIRSTHDR(structmsghdr*mhdrptr); 成功：返回指向第一個cmsghdr結(jié)構(gòu)的指針。structcmsghdr*CMSG_NXTHDR(structmsghdr*mhdrptr,structcmsghdr*cmsgptr) 返回指向下一個cmsghdr結(jié)構(gòu)的指針；unsignedchar*CMSG_DATA(structcmsghdr*cmsgptr); 返回與cmsghdr結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)；unsignedintCMSG_LEN(unsignedintlength); 返回：給定數(shù)據(jù)量下存儲在cmsg_len中的值；unsignedintCMSG_SPACE(unsignedintlength); 返回：給定數(shù)據(jù)量下一個輔助數(shù)據(jù)對象的總大??；2/6/202337輔助數(shù)據(jù)的用法structmsghdr msg;structcmsghdr *cmsgptr;/*fillinmsgstructure*//*callrecvmsg*/for(cmsgptr=CMSG_FIRSTHDR(&msg);cmsgptr!=NULL;cmsgptr=CMSG_NEXT(&msg,cmsgptr)){ if(cmsgptr->cmsg_level==…&&cmsgptr->cmsg_type==…) { u_char *ptr; ptr=CMSG_DATA(cmsgptr); /*processdatapointedtobyptr*/ }}2/6/202338排隊的數(shù)據(jù)量在不讀出數(shù)據(jù)的情況下，如何知道一個套接字的接收隊列中有多少數(shù)據(jù)可讀呢？有三種方法：如果在沒有數(shù)據(jù)可讀時還有其他事情要做，可以使用非阻塞I/O。如果想檢查一下數(shù)據(jù)而使數(shù)據(jù)仍留在接收隊列中，可以使用MSG_PEEK標(biāo)志。如果想這樣做，但又不能肯定是否有數(shù)據(jù)可讀，可以把這個標(biāo)志和非阻塞接口相結(jié)合，或與MSG_DONTWAIT標(biāo)志結(jié)合使用；一些實現(xiàn)支持ioctl的FIONREAD命令。ioctl的第三個參數(shù)是一個指向整數(shù)的指針，在該整數(shù)中返回的值是套接字接收隊列中數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。對udp套接字而言，包括隊列中的所有數(shù)據(jù)報，還要包括每個數(shù)據(jù)報的發(fā)送方的IP地址和端口號。2/6/202339高級UDP套接字編程UDP是無連接服務(wù)，很多情況下需要確定udp數(shù)據(jù)報的目的以及是從哪個接口接收數(shù)據(jù)報的。因為一個綁定udp端口和通配地址的套接在能在任何接口上接收單播、廣播和多播數(shù)據(jù)報；多數(shù)udp服務(wù)器程序是迭代執(zhí)行的，但是有些應(yīng)用程序需要在客戶和服務(wù)器間交換多個數(shù)據(jù)報，這是就需要服務(wù)器在某種形式上的并發(fā)。TFTP就是一個例子。2/6/202340改變的recvfrom函數(shù)要求寫一個recvfrom_flags函數(shù)，除實現(xiàn)recvfrom的功能外，還要求返回：返回的msg_flags值；收到的數(shù)據(jù)報的目的地址（通過設(shè)置IP_RECVDSTADDR選項）；接收數(shù)據(jù)報接口的索引（通過設(shè)置IP_RECVIF選項）。為了返回最后兩項，我們定義了如下結(jié)構(gòu)：structin_pktinfo{ structin_addr ipi_addr; /*destinationIPv4address*/ int ipi_ifindex; /*receivedinterfaceindex*/}2/6/202341recvfrom_flags函數(shù)#include <sys/param.h> /*ALIGNmacroforCMSG_NXTHDR()macro*/#ifdef HAVE_SOCKADDR_DL_STRUCT#include <net/if_dl.h>#endifssize_trecvfrom_flags(intfd,void*ptr,size_tnbytes,int*flagsp, SA*sa,socklen_t*salenptr,structin_pktinfo*pktp){ structmsghdr msg; structiovec iov[1]; ssize_t n;#ifdef HAVE_MSGHDR_MSG_CONTROL structcmsghdr *cmptr;2/6/202342recvfrom_flags函數(shù)（續(xù)） union{ structcmsghdr cm; char control[CMSG_SPACE(sizeof(structin_addr))+ CMSG_SPACE(sizeof(structsockaddr_dl))]; }control_un; msg.msg_control=control_un.control; msg.msg_controllen=sizeof(control_un.control); msg.msg_flags=0;#else bzero(&msg,sizeof(msg)); /*makecertainmsg_accrightslen=0*/#endif msg.msg_name=sa; msg.msg_namelen=*salenptr; iov[0].iov_base=ptr; iov[0].iov_len=nbytes;2/6/202343recvfrom_flags函數(shù)（續(xù)） msg.msg_iov=iov; msg.msg_iovlen=1; if((n=recvmsg(fd,&msg,*flagsp))<0) return(n); *salenptr=msg.msg_namelen; /*passbackresults*/ if(pktp) bzero(pktp,sizeof(structin_pktinfo)); /*,i/f=0*//*endrecvfrom_flags1*//*includerecvfrom_flags2*/#ifndef HAVE_MSGHDR_MSG_CONTROL *flagsp=0; /*passbackresults*/ return(n);2/6/202344recvfrom_flags函數(shù)（續(xù)）#else *flagsp=msg.msg_flags; /*passbackresults*/ if(msg.msg_controllen<sizeof(structcmsghdr)|| (msg.msg_flags&MSG_CTRUNC)||pktp==NULL) return(n); for(cmptr=CMSG_FIRSTHDR(&msg);cmptr!=NULL; cmptr=CMSG_NXTHDR(&msg,cmptr)){#ifdef IP_RECVDSTADDR if(cmptr->cmsg_level==IPPROTO_IP&& cmptr->cmsg_type==IP_RECVDSTADDR){ memcpy(&pktp->ipi_addr,CMSG_DATA(cmptr), sizeof(structin_addr)); continue; }#endif2/6/202345recvfrom_flags函數(shù)（續(xù)）#ifdef IP_RECVIF if(cmptr->cmsg_level==IPPROTO_IP&& cmptr->cmsg_type==IP_RECVIF){ structsockaddr_dl *sdl; sdl=(structsockaddr_dl*)CMSG_DATA(cmptr); pktp->ipi_ifindex=sdl->sdl_index; continue; }#endif err_quit("unknownancillarydata,len=%d,level=%d,type=%d", cmptr->cmsg_len,cmptr->cmsg_level,cmptr->cmsg_type); } return(n);#endif /*HAVE_MSGHDR_MSG_CONTROL*/}/*endrecvfrom_flags2*/2/6/202346輸出目的IP地址和數(shù)據(jù)報截斷標(biāo)志#define MAXLINE 20 /*toseedatagramtruncation*/voiddg_echo(intsockfd,SA*pcliaddr,socklen_tclilen){ int flags; constint on=1; socklen_t len; ssize_t n; char mesg[MAXLINE],str[INET6_ADDRSTRLEN],ifname[IFNAMSIZ]; structin_addr in_zero; structin_pktinfo pktinfo;#ifdef IP_RECVDSTADDR if(setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_RECVDSTADDR,&on,sizeof(on))<0) err_ret("setsockoptofIP_RECVDSTADDR");#endif2/6/202347輸出目的IP地址和數(shù)據(jù)報截斷標(biāo)志#ifdef IP_RECVIF if(setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_RECVIF,&on,sizeof(on))<0) err_ret("setsockoptofIP_RECVIF");#endif bzero(&in_zero,sizeof(structin_addr)); /*all0IPv4address*/ for(;;){ len=clilen; flags=0; n=recvfrom_flags(sockfd,mesg,MAXLINE,&flags,pcliaddr,&len,&pktinfo); printf("%d-bytedatagramfrom%s",n,Sock_ntop(pcliaddr,len)); if(memcmp(&pktinfo.ipi_addr,&in_zero,sizeof(in_zero))!=0) printf(",to%s",Inet_ntop(AF_INET,&pktinfo.ipi_addr,str,sizeof(str))); if(pktinfo.ipi_ifindex>0) printf(",recvi/f=%s",If_indextoname(pktinfo.ipi_ifindex,ifname));2/6/202348輸出目的IP地址和數(shù)據(jù)報截斷標(biāo)志#ifdef MSG_TRUNC if(flags&MSG_TRUNC) printf("(datagramtruncated)");#endif#ifdef MSG_CTRUNC if(flags&MSG_CTRUNC) printf("(controlinfotruncated)");#endif#ifdef MSG_BCAST if(flags&MSG_BCAST) printf("(broadcast)");#endif#ifdef MSG_MCAST if(flags&MSG_MCAST) printf("(multicast)");#endif printf("\n"); Sendto(sockfd,mesg,n,0,pcliaddr,len); }}2/6/202349FreeBSD系統(tǒng)支持（Linux系統(tǒng)和Solaris都不支持）2/6/202350數(shù)據(jù)報截斷在bsd/os環(huán)境下，當(dāng)一個到來的udp數(shù)據(jù)報長度大于應(yīng)用程序緩沖區(qū)，recvmsg設(shè)置MSG_TRUNC標(biāo)志：但對超過預(yù)期長度的udp數(shù)據(jù)報，不同實現(xiàn)有不同的處理方式：丟掉超出的字節(jié)并給應(yīng)用程序返回標(biāo)志；（BSD/OS）（Linux）丟掉超出的字節(jié)但不通知應(yīng)用程序；（solaris2.5中不支持msg_flags）保留超出的字節(jié)并在隨后這個套接字上的讀操作中返回這些數(shù)據(jù)。（早期的SVR4）發(fā)現(xiàn)上述問題的方法：分配一個比應(yīng)用程序可能收到的最大數(shù)據(jù)報大1字節(jié)的緩沖區(qū)，如果收到長度等于該緩沖區(qū)長度的數(shù)據(jù)報，就認為發(fā)生了錯誤。2/6/202351何時使用UDP而不是TCP對廣播或多播應(yīng)用程序必須使用UDP。此時，任何形式的期望的錯誤控制必須加入到客戶和服務(wù)器程序中。udp可以用于簡單的請求－應(yīng)答式應(yīng)用程序，但應(yīng)用程序內(nèi)部必須有檢查錯誤的功能。這至少涉及確認、超時和重傳。udp不應(yīng)該用于海量數(shù)據(jù)的傳輸（如文件傳輸）。2/6/202352并發(fā)udp服務(wù)器多數(shù)udp服務(wù)器程序是迭代執(zhí)行的，但當(dāng)處理客戶需要很長時間時，就要有一定形式的并發(fā)。在tcp應(yīng)用中，由于tcp套接字對每個連接都是唯一的，因此很容易實現(xiàn)并發(fā)。但在udp中，我們必須處理兩種不同類型的服務(wù)器：第一種是簡單的udp服務(wù)器，它讀入一個客戶請求，發(fā)送應(yīng)答，接著與這個客戶就無關(guān)了。這種情形下，服務(wù)器可以fork一個子進程去處理請求。子進程可以從得來的內(nèi)存映象中獲得客戶地址，從而將處理結(jié)果返回給客戶。2/6/202353并發(fā)udp服務(wù)器（續(xù)）第二種是與客戶交換多個數(shù)據(jù)報的udp服務(wù)器。問題是客戶只知道服務(wù)器的眾所周知的端口?？蛻舭l(fā)送請求的第一個數(shù)據(jù)報到達這個端口，服務(wù)器又怎能區(qū)分這是那個客戶的后續(xù)數(shù)據(jù)報還是新請求呢？這種問題的典型解決方法是讓服務(wù)器給每個客戶創(chuàng)建一個新的套接字，bind一個臨時端口到那個套接字，并且對所有的回答都用這個套接口。這要求客戶看一下服務(wù)器的第一個應(yīng)答中的端口號，并且向那個端口發(fā)送請求的后續(xù)數(shù)據(jù)報。2/6/202354并發(fā)udp服務(wù)器（續(xù)）客戶服務(wù)器（父進程）端口69服務(wù)器（子進程）端口2134來自客戶的第一個數(shù)據(jù)報來自服務(wù)器的第一個應(yīng)答創(chuàng)建套接字，bind眾所周知端口（69），recvfrom,阻塞至客戶請求到達。fork,接著下一次recvfrom，…創(chuàng)建新的套接字，bind臨時端口（2134），處理客戶請求，在新套接字上與客戶交換其余的數(shù)據(jù)報獨立運行的并發(fā)udp服務(wù)器中需要的處理fork客戶與服務(wù)器間所有剩余數(shù)據(jù)報2/6/202355帶外數(shù)據(jù)許多傳輸層有帶外數(shù)據(jù)的概念（有時稱為加速數(shù)據(jù)）。帶外數(shù)據(jù)在排隊等待發(fā)送的普通數(shù)據(jù)之前發(fā)送，但帶外數(shù)據(jù)是映射到現(xiàn)有的連接中的，而不是另外建立一個新的連接。（不同的傳輸層有不同的帶外數(shù)據(jù)實現(xiàn)方式，本節(jié)只介紹tcp帶外數(shù)據(jù)）1N套接字發(fā)送緩沖區(qū)要發(fā)送的第一個字節(jié)要發(fā)送的最后一個字節(jié)1套接字發(fā)送緩沖區(qū)要發(fā)送的第一個字節(jié)要發(fā)送的最后一個字節(jié)NOOBTCP緊急指針包含要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字發(fā)送緩沖區(qū)寫入1字節(jié)的帶外數(shù)據(jù)后的套接字發(fā)送緩沖區(qū)2/6/202356發(fā)送方對帶外數(shù)據(jù)的處理一旦調(diào)用帶緊急數(shù)據(jù)標(biāo)志的發(fā)送函數(shù)（如send(fd,’a’,1,MSG_OOB)），由tcp發(fā)送的下一個分節(jié)將會在tcp頭部中設(shè)置URG標(biāo)志，并且頭部中的緊急偏移字段也將指向帶外字節(jié)后的字節(jié)。但是這個分節(jié)可以含有也可以不含有我們標(biāo)記為OOB的字節(jié)，是否發(fā)送它取決于三個因素：a）套接字發(fā)送緩沖區(qū)中它前面的字節(jié)數(shù)、b）tcp發(fā)送給對方的分節(jié)長度、c）對方的通告窗口。如果tcp因流控停止了（接收者的套接字接收緩沖區(qū)滿了），緊急通知將不帶任何數(shù)據(jù)地被送出。這就是為什么應(yīng)用程序使用tcp的緊急模式的另一個原因：即便數(shù)據(jù)流因tcp的流控停止了，緊急通知也總會被發(fā)送到對方的tcp。2/6/202357接收方對帶外數(shù)據(jù)的處理當(dāng)tcp收到了一個設(shè)置了URG表示的分節(jié)時，緊急指針被檢查，看它是否指向新的帶外數(shù)據(jù)。發(fā)送者tcp有可能發(fā)送多個包含URG標(biāo)志，但緊急指針卻指向相同的數(shù)據(jù)字節(jié)的分節(jié)（通常在一小段時間內(nèi)?），這種情況相當(dāng)普遍。需要注意的是：這些分節(jié)中只有第一個分節(jié)會導(dǎo)致接收進程被通知有新的帶外數(shù)據(jù)到達；當(dāng)新緊急指針到達時，接收進程被通知。首先SIGURG信號發(fā)送給套接字的屬主，其次如果進程阻塞在select調(diào)用中，等待這個套接字描述字有一個異常條件，那么select返回；2/6/202358接收者對帶外數(shù)據(jù)的處理（續(xù)）當(dāng)由緊急指針指向的實際數(shù)據(jù)字節(jié)到達接收者tcp時，這個數(shù)據(jù)字節(jié)可以被拉出帶外或繼續(xù)在線存放。正常情況下，帶外數(shù)據(jù)字節(jié)并不放入套接字接收緩沖區(qū)。相反，這個數(shù)據(jù)字節(jié)被放到這個連接的單獨的1字節(jié)帶外緩沖區(qū)，進程讀出這個數(shù)據(jù)的唯一方法是調(diào)用recv、recvfrom或者recvmsg，并指定MSG_OOB標(biāo)志。但如果設(shè)置了SO_OOBINLINE選項，帶外數(shù)據(jù)留在接收緩沖區(qū)，而不能通過指定MSG_OOB標(biāo)志讀取。2/6/202359處理帶外數(shù)據(jù)時可能出現(xiàn)的錯誤如果進程請求讀取帶外數(shù)據(jù)（例如指定MSG_OOB標(biāo)志），但是對方尚未發(fā)送，將會返回EINVAL；如果進程已被通知對方發(fā)送了帶外數(shù)據(jù)（例如通過SIGURG或select），進程試圖去讀它，但是那個字節(jié)還沒有到達，將會返回EWOULDBLOCK；如果進程試圖多次讀相同的帶外數(shù)據(jù)，將會返回EINVAL；如果進程已經(jīng)設(shè)置了SO_OOBINLINE套接口選項，接著試圖通過指定MSG_OOB讀帶外數(shù)據(jù)，將會返回EINVAL；2/6/202360使用帶外數(shù)據(jù)的例子（發(fā)送方）intmain(intargc,char**argv){ int sockfd; if(argc!=3) err_quit("usage:tcpsend01<host><port#>"); sockfd=Tcp_connect(argv[1],argv[2]); Write(sockfd,"123",3); printf("wrote3bytesofnormaldata\n"); sleep(1); Send(sockfd,"4",1,MSG_OOB); printf("wrote1byteofOOBdata\n"); sleep(1);2/6/202361使用帶外數(shù)據(jù)的例子（發(fā)送方） Write(sockfd,"56",2); printf("wrote2bytesofnormaldata\n"); sleep(1); Send(sockfd,"7",1,MSG_OOB); printf("wrote1byteofOOBdata\n"); sleep(1); Write(sockfd,"89",2); printf("wrote2bytesofnormaldata\n"); sleep(1); exit(0);}2/6/202362使用帶外數(shù)據(jù)的例子（接收方）int listenfd,connfd;void sig_urg(int);intmain(intargc,char**argv){ int n; char buff[100]; if(argc==2) listenfd=Tcp_listen(NULL,argv[1],NULL); elseif(argc==3) listenfd=Tcp_listen(argv[1],argv[2],NULL); else err_quit("usage:tcprecv01[<host>]<port#>"); connfd=Accept(listenfd,NULL,NULL); Signal(SIGURG,sig_urg);

Fcntl(connfd,F_SETOWN,getpid());使用SIGURG信號2/6/202363 for(;;){ if((n=Read(connfd,buff,sizeof(buff)-1))==0){ printf("receivedEOF\n"); exit(0); } buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dbytes:%s\n",n,buff); }}voidsig_urg(intsigno){ int n; char buff[100]; printf("SIGURGreceived\n"); n=Recv(connfd,buff,sizeof(buff)-1,MSG_OOB); buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dOOBbyte:%s\n",n,buff);}2/6/202364利用緊急信號通知帶外數(shù)據(jù)2/6/202365使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（接收方）intmain(intargc,char**argv){ int listenfd,connfd,n; char buff[100]; fd_set rset,xset; if(argc==2) listenfd=Tcp_listen(NULL,argv[1],NULL); elseif(argc==3) listenfd=Tcp_listen(argv[1],argv[2],NULL); else err_quit("usage:tcprecv02[<host>]<port#>"); connfd=Accept(listenfd,NULL,NULL);使用select函數(shù)2/6/202366使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（接收方） FD_ZERO(&rset); FD_ZERO(&xset); for(;;){ FD_SET(connfd,&rset); FD_SET(connfd,&xset); Select(connfd+1,&rset,NULL,&xset,NULL); if(FD_ISSET(connfd,&xset)){ if((n=Recv(connfd,buff,sizeof(buff)-1,MSG_OOB))<0){ perror(“ReadOOBerror.”); exit(1); } buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dOOBbyte:%s\n",n,buff); }2/6/202367使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（接收方） if(FD_ISSET(connfd,&rset)){ if((n=Read(connfd,buff,sizeof(buff)-1))==0){ printf("receivedEOF\n"); exit(0); } buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dbytes:%s\n",n,buff); } }}2/6/202368Linux2/6/202369Solaris2/6/202370使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（結(jié)果）$tcprecv8888read3bytes:123read1OOB:4recverror:Invalidargument出現(xiàn)上述錯誤的原因是：在Solaris下，select一直指示一個異常條件，我們讀過帶外數(shù)據(jù)后，內(nèi)核清除了1字節(jié)的帶外緩沖區(qū)，所以我們不能讀。當(dāng)?shù)诙沃付∣OB標(biāo)志調(diào)用recv，返回錯誤。解決問題的辦法是：只有在讀過普通數(shù)據(jù)后，才去select異常條件。2/6/202371使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（修訂）intmain(intargc,char**argv){ int listenfd,connfd,n,justreadoob=0; char buff[100]; fd_set rset,xset; if(argc==2) listenfd=Tcp_listen(NULL,argv[1],NULL); elseif(argc==3) listenfd=Tcp_listen(argv[1],argv[2],NULL); else err_quit("usage:tcprecv03[<host>]<port#>"); connfd=Accept(listenfd,NULL,NULL);2/6/202372使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（修訂） FD_ZERO(&rset); FD_ZERO(&xset); for(;;){ FD_SET(connfd,&rset);

if(justreadoob==0) FD_SET(connfd,&xset); Select(connfd+1,&rset,NULL,&xset,NULL); if(FD_ISSET(connfd,&xset)){ n=Recv(connfd,buff,sizeof(buff)-1,MSG_OOB); buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dOOBbyte:%s\n",n,buff); justreadoob=1; FD_CLR(connfd,&xset); }2/6/202373使用select讀取帶外數(shù)據(jù)（修訂） if(FD_ISSET(connfd,&rset)){ if((n=Read(connfd,buff,sizeof(buff)-1))==0){ printf("receivedEOF\n"); exit(0); } buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dbytes:%s\n",n,buff);

justreadoob=0; } }}這種方法也存在問題：例如，發(fā)送方如果連續(xù)發(fā)送兩次帶外數(shù)據(jù)呢？2/6/202374修訂后Solaris2/6/202375帶外標(biāo)記＃include<sys/socket.h>intsockatmark(intsockfd); 返回值：如果在帶外標(biāo)記上為1，不在帶外標(biāo)記上為0，處錯為-1。每當(dāng)接收到帶外數(shù)據(jù)時，就有一個相關(guān)聯(lián)的帶外標(biāo)記，接收進程可以通過上述函數(shù)確定是否在帶外標(biāo)記上。不管接收進程在線（SO_OOBINLINE選項）或是帶外（MSG_OOB標(biāo)志）接收帶外數(shù)據(jù)，帶外標(biāo)記都能使用。帶外標(biāo)記的常見用法是接收者特殊地對待帶外標(biāo)記前或帶外標(biāo)記后的數(shù)據(jù)。2/6/202376帶外標(biāo)記的特性帶外標(biāo)記總是指向剛好越過普通數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)的地方。這意味著，如果帶外數(shù)據(jù)在線接收，并且下一個要讀的字節(jié)是被用MSG_OOB標(biāo)志發(fā)送的，sockatmark就返回真。相反，如果SO_OOBINLINE選項沒有設(shè)置，那么如果下一個字節(jié)是跟在帶外數(shù)據(jù)后發(fā)送的第一個字節(jié)，sockatmark也返回真。TCP保證讀操作總是會停在帶外標(biāo)記上。例如：如果在套接字接收緩沖區(qū)中有100個字節(jié)，但帶外標(biāo)記前只有5個字節(jié)，進程執(zhí)行read請求100個字節(jié)，則只有標(biāo)記前5個字節(jié)被讀出。這種標(biāo)記處的強制停止允許進程調(diào)用sockatmark確定是否緩沖區(qū)指針在標(biāo)記處。2/6/202377例子程序（發(fā)送程序）intmain(intargc,char**argv){ int sockfd; if(argc!=3) err_quit("usage:tcpsend04<host><port#>"); sockfd=Tcp_connect(argv[1],argv[2]); write(sockfd,"123",3); printf("wrote3bytesofnormaldata\n"); send(sockfd,"4",1,MSG_OOB); printf("wrote1byteofOOBdata\n"); write(sockfd,"56",2); printf("wrote2byteofnormaldata\n"); exit(0);}注意：沒有sleep為什么？2/6/202378例子程序（接收程序）intmain(intargc,char**argv){ int listenfd,connfd,n,on=1; char buff[100]; if(argc==3) listenfd=Tcp_listen(argv[1],argv[2],NULL); else err_quit("usage:tcprecv04[<host>]<port#>");

Setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_OOBINLINE,&on,sizeof(on)); connfd=Accept(listenfd,NULL,NULL); sleep(5); for(;;){ if(Sockatmark(connfd)) printf("atOOBmark\n");為什么要睡眠？2/6/202379例子程序（接收程序續(xù)） if((n=Read(connfd,buff,sizeof(buff)-1))==0){ printf("receivedEOF\n"); exit(0); } buff[n]=0; /*nullterminate*/ printf("read%dbytes:%s\n",n,buff); }}2/6/202380Linux-12/6/202381問題？如果將上例中接收程序的帶外數(shù)據(jù)改為帶外接收，結(jié)果將如何？2/6/202382sockatmark實現(xiàn)intsockatmark(intfd){ int flag; if(ioctl(fd,SIOCATMARK,&flag)<0) return(-1); return(flag!=0?1:0);}2/6/202383帶外數(shù)據(jù)的另外兩個特性tcp發(fā)送帶外數(shù)據(jù)的通知（它的緊急指針），即使它因流控停止了數(shù)據(jù)的發(fā)送；在帶外數(shù)據(jù)到來之前，接收進程可得到指示：發(fā)送者已經(jīng)送出了帶外數(shù)據(jù)（用SIGURG信號或通過select）。如果接收進程接著調(diào)用指定MSG_OOB的recv，而帶外數(shù)據(jù)卻尚未到達，EWOULDBLOCK錯誤就會返回。2/6/202384例子程序（發(fā)送方）intmain(intargc,char**argv){ int sockfd,size; char buff[16384]; if(argc!=3) err_quit("usage:tcpsend04<host><port#>"); sockfd=Tcp_connect(argv[1],argv[2]); size=32768;

Setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&size,sizeof(size));

Write(sockfd,buff,16384); printf("wrote16384bytesofnormaldata\n");

sleep(5);什么原因？2/6/202385例子程序（發(fā)送方）（續(xù)） Send(sockf