《網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計》課件第3章 UDP套接字與原始套接字的編程

第3章UDP套接字與原始套接字的編程3.1概述3.2UDP套接字編程3.3連接UDP套接字的功能3.4UDP編程中的錯誤檢測及處理方法3.5UDP套接字在OICQ服務(wù)中的應(yīng)用3.6原始套接字3.7服務(wù)器編程模型習(xí)題3.1概述 Internet協(xié)議簇支持一個面向無連接的傳輸協(xié)議

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP，UserDatagramProtocol)。UDP協(xié)議向應(yīng)用程序提供了一種發(fā)送經(jīng)過封裝的IP數(shù)據(jù)報的方法，而且不需要在發(fā)送方和接收方之間建立連接就可以進行數(shù)據(jù)報通信。

UDP協(xié)議與TCP協(xié)議提供的服務(wù)不同，所以基于UDP協(xié)議的應(yīng)用程序同基于TCP的應(yīng)用程序有不相同的地方，它們的編程模型也不相同。圖3-1給出了典型的UDP客戶機/服務(wù)器程序的函數(shù)調(diào)用模型。圖3-1UDP客戶機/服務(wù)器程序的編程模型

在前面的章節(jié)中，已經(jīng)介紹了基于TCP套接字編程的函數(shù)調(diào)用模型，比較TCP和UDP編程模型可以看出，UDP協(xié)議不需要事先在客戶機、服務(wù)器程序之間建立連接。服務(wù)器端在調(diào)用socket函數(shù)生成一個UDP套接字后，利用bind函數(shù)將套接字與本地IP、端口號綁定，然后，服務(wù)器端調(diào)用recvfrom函數(shù)等待接收由客戶端發(fā)送來的數(shù)據(jù)?？蛻魴C首先調(diào)用socket函數(shù)創(chuàng)建一個UDP套接字，然后利用sendto函數(shù)將請求包發(fā)送至服務(wù)器端；服務(wù)器端收到請求包后，根據(jù)請求進行處理，調(diào)用sendto函數(shù)將處理結(jié)果作為應(yīng)答數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶機?？蛻魴C調(diào)用recvfrom函數(shù)接收服務(wù)器端發(fā)送來的應(yīng)答數(shù)據(jù)。當(dāng)通信結(jié)束后，客戶機調(diào)用close函數(shù)關(guān)閉UDP套接字，而服務(wù)器端可以保留已建立的UDP套接字繼續(xù)與其他客戶機進行數(shù)據(jù)通信。3.2UDP套接字編程 3.1節(jié)中已介紹了基于UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)編程的一般模型，其中涉及到了在套接字編程中曾簡單介紹過的數(shù)據(jù)報發(fā)送和接收函數(shù)sendto和recvfrom，下面我們列出可用于數(shù)據(jù)報發(fā)送、接收的高級套接字函數(shù)。這些函數(shù)是：

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

#include<sys/uio.h>

intsendto(intfd，char*buf，intlen，intflags，structsockaddr*toaddr，intaddrlen);

intrecvfrom(intfd，char*buf，intlen，intflags，structsockaddr*fromaddr，

intaddrlen);

intsendmsg(intfd，structmsghdr*msgp，intflags);

intrecvmsg(intfd，structmsghdr*msgp，intflags); UDP套接字在通信中發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)報為單位的。當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)sendto發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先應(yīng)將數(shù)據(jù)封裝生成一個UDP數(shù)據(jù)報，然后發(fā)送；當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)recvfrom接收數(shù)據(jù)時。UDP協(xié)議將返回一個完整的UDP數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)內(nèi)容。在使用UDP套接字進行編程時，我們必須注意以下幾個問題：

(1)?UDP套接字在發(fā)送數(shù)據(jù)時不會因發(fā)送緩沖區(qū)而出現(xiàn)阻塞。UDP協(xié)議沒有專門為UDP套接字設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)，當(dāng)應(yīng)用程序通過調(diào)用函數(shù)sendto來發(fā)送數(shù)據(jù)時，該函數(shù)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)從用戶緩沖區(qū)拷貝到系統(tǒng)緩沖區(qū)，然后返回。UDP協(xié)議進一步把數(shù)據(jù)封裝成一個UDP數(shù)據(jù)報，然后將這個UDP數(shù)據(jù)報傳送給低層的IP協(xié)議，從而完成UDP數(shù)據(jù)報的發(fā)送任務(wù)。UDP協(xié)議是不可靠的協(xié)議，它沒有必要保留已經(jīng)發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報內(nèi)容。所以，UDP套接字只有一個發(fā)送緩沖區(qū)大小，而這個大小就是可以發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報的最大長度。如果應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)量大于這個限制值，函數(shù)sendto將以錯誤返回，錯誤類型是EMSGSIZE。UDP套接字的發(fā)送緩沖區(qū)大小是不會發(fā)生變化的，所以，只要應(yīng)用程序保證調(diào)用函數(shù)sendto發(fā)送的數(shù)據(jù)量小于這個限制值，發(fā)送操作總能夠成功。因此，應(yīng)用程序使用UDP套接字發(fā)送數(shù)據(jù)時，不會因發(fā)送緩沖區(qū)而出現(xiàn)阻塞。圖3-2UDP套接字接收緩沖區(qū)

UDP套接字的接收緩沖區(qū)的大小是有限制的，當(dāng)接收到新的UDP數(shù)據(jù)報時，如果這個UDP套接字的接收緩沖區(qū)隊列已經(jīng)滿了，那么UDP協(xié)議將丟棄這個數(shù)據(jù)報，并且不向發(fā)送方返回任何錯誤信息。這種操作也是由UDP協(xié)議不保證接收數(shù)據(jù)的可靠性的特點所決定的。

(3)?UDP服務(wù)器采用循環(huán)服務(wù)器的工作方式，不會被某一個客戶機獨占，但客戶機可能被阻塞。UDP通信模式中，服務(wù)器一般采用循環(huán)服務(wù)器工作模式。在服務(wù)器與客戶機之間不需要建立連接，UDP服務(wù)器能夠交替地處理來自多個客戶機的請求，這就意味著服務(wù)器在前后兩次循環(huán)處理的請求可以是不同客戶機的請求，任何一個客戶機都無法獨占服務(wù)器。 (4)發(fā)送數(shù)據(jù)時需指定接收方的地址。UDP套接字是面向無連接的套接字的，所以在套接字?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中不會保存接收方的IP地址及其端口號。如果應(yīng)用程序要發(fā)送數(shù)據(jù)，就需要在調(diào)用發(fā)送函數(shù)sendto的同時指定接收方的地址。當(dāng)應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)報時，如果需要知道發(fā)送者的地址，則可以在調(diào)用接收函數(shù)recvfrom中提供空間由內(nèi)核來填充；如果不關(guān)心對方的地址，則可以將函數(shù)recvfrom的參數(shù)from設(shè)置為空指針NULL，同時也必須將參數(shù)addrlen設(shè)置為NULL。

(5)在需要多點傳送數(shù)據(jù)時，使用UDP套接字。目前，TCP協(xié)議不支持多點傳送數(shù)據(jù)，因為，如果要使用TCP協(xié)議進行多點傳送的話，就必須要為每一個傳送建立一個連接。所以，在需要多點傳送數(shù)據(jù)時就往往采用UDP協(xié)議。 /**********************函數(shù)udps_respon負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)通信***********************/ voidudps_respon(intsockfd) { intn; charmsg[1024]; intaddrlen; structsockaddr_inaddr; for(;;) { n=recvfrom(sockfd，msg，1024，0，(struct sockaddr*)&addr，&addrlen); /*

響應(yīng)客戶機請求

*/ sendto(sockfd，msg，n，0，addr，addrlen); } } /******************************以下為主程序部分*******************************/ intmain(intargc，char*argv[]) { intsockfd; structsockaddr_inaddr; /*

創(chuàng)建一個UDP數(shù)據(jù)報類型的套接字

*/ sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0); if(sockfd<0) { fprintf(stderr，"Socketerror"); exit(1); } bzero(&addr，sizeof(addr)); addr.sin_family=AF_INET; addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);

/*

服務(wù)器為套接字綁定一個端口號

*/ if(bind(sockfd，(structsockaddr*)&addr，sizeof(addr))<0) { fprintf(stderr，"Binderror"); exit(1); } /*

調(diào)用通信函數(shù)與客戶端進行通信

*/ udps_respon(sockfd); /*

關(guān)閉套接字

*/ close(sockfd); }

這是一個簡單的UDP服務(wù)器，它不需要在通信前與客戶機建立固定連接，直接使用UDP套接字來接收客戶機發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報。但是，在接受客戶機請求前，服務(wù)器必須設(shè)置自己的公認(rèn)的地址和端口號。它一次只能處理一個客戶機的請求，而不能并發(fā)的處理多個客戶機的請求，所以它是一個典型的循環(huán)服務(wù)器。它不被一個客戶端所獨立占有，能夠交替處理多個客戶機的請求，當(dāng)一個客戶機出現(xiàn)錯誤時不會影響服務(wù)器對來自其他客戶機請求的處理。 3.2.2UDP客戶機編程示例 客戶機：

#include<sys/type.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<stdio.h> #defineSERVER_PORT8080 /**********************函數(shù)udps_requ負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)通信*************************/ voidudpc_requ(intsockfd，conststructsockaddr_in*addr，intlen) { charbuf[1024]; intn; for(;fgets(buf，1024，stdin)!=NULL;) { /*

向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)

*/ sendto(sockfd，buf，strlen(buf)，0，addr，len); /*

接收服務(wù)器端的回應(yīng)

*/ n=recvfrom(sockfd，buf，1024，0，NULL，NULL); buf[n]='\0'; fputs(buf，stdout); } } /******************************主程序部分*******************************/ intmain(intargc，char*argv[]) { intsockfd; structsockaddr_inaddr; if(argc!=3) { fprintf(stderr，

"usage:clientipaddrport"); exit(1); } /*

創(chuàng)建一個UDP數(shù)據(jù)報類型的套接字

*/ sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0); if(sockfd<0) { fprintf(stderr，"Socketerror"); exit(1); }

/*

調(diào)用通信函數(shù)進行數(shù)據(jù)通信

*/ udpc_requ(sockfd，&addr，sizeof(addr)); /*

關(guān)閉套接字

*/ close(sockfd); }

這是一個簡單的UDP客戶端程序。由于采用面向無連接的通信模式，因此它不需要跟服務(wù)器端建立連接，直接在函數(shù)sendto中指定服務(wù)器端的地址，調(diào)用sendto函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。同時，可以接收來自服務(wù)端的應(yīng)答數(shù)據(jù)報。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤時，服務(wù)端不會有阻塞的危險，但是客戶端可能會因為數(shù)據(jù)報在傳輸過程中的丟失而在調(diào)用函數(shù)recvfrom處阻塞。因為UDP協(xié)議不能夠保證數(shù)據(jù)可靠到達，所以，對于可能遇到的問題或錯誤，用戶應(yīng)在程序中加以處理。3.3連接UDP套接字的功能

1．連接UDP套接字的建立

UDP套接字也可以調(diào)用connect函數(shù)，調(diào)用的方法和流式套接字相同，但其調(diào)用的結(jié)果與流式套接字調(diào)用connect函數(shù)的結(jié)果不同。它沒有三次握手過程，因為UDP協(xié)議中不需要在發(fā)送和接收方之間建立連接。UDP套接字只是記錄了目的方的IP地址和端口號，這些信息被包含在調(diào)用connect函數(shù)的套接字中，并在調(diào)用后立即返回給進程。我們把調(diào)用connect函數(shù)后的UDP套接字稱為連接UDP套接字，把未調(diào)用connet函數(shù)的UDP套接字稱為未連接UDP套接字。 UDP套接字調(diào)用connect函數(shù)后，將檢查每個到達的數(shù)據(jù)報，UDP協(xié)議將數(shù)據(jù)報中的目的地址與connect函數(shù)的套接字中保存的IP地址進行比較，二者一致時該套接字接收這個數(shù)據(jù)報，反之丟棄這個數(shù)據(jù)報。UDP連接套接字具有以下一些特點。

(1)由于連接套接字已經(jīng)記錄了該套接字相應(yīng)的目的地址，因此發(fā)送數(shù)據(jù)時可以不用指定服務(wù)器的目的地址。UDP協(xié)議將自動根據(jù)保存的地址填充要發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報。

(2)對于連接套接字，UDP協(xié)議在內(nèi)核中檢查連接套接字收到的數(shù)據(jù)報，并使得連接套接字只接收那些來自目的地址的UDP數(shù)據(jù)報。 UDP協(xié)議檢查每個到達的數(shù)據(jù)報，根據(jù)數(shù)據(jù)報的目的端口號選擇接收套接字，UDP協(xié)議檢查該套接字是否是連接套接字。如果這個套接字為UDP未連接套接字，則協(xié)議將數(shù)據(jù)報存放在該套接字接收緩沖區(qū)隊列中。如果這個套接字為UDP連接套接字，則協(xié)議將數(shù)據(jù)報的目的IP地址與套接字保存的IP地址比較，只有在相同時，才將數(shù)據(jù)報存放在套接字的接受緩沖區(qū)隊列中，否則，丟棄。因此，當(dāng)UDP客戶機只與一個服務(wù)器通信時，調(diào)用函數(shù)connect，將這個UDP套接字轉(zhuǎn)化為UDP連接套接字，保證只接收這個服務(wù)器的信息。 2．?dāng)?shù)據(jù)報發(fā)送以及錯誤返回情況

UDP協(xié)議在進行數(shù)據(jù)報通信時，可能會有以下幾種情況發(fā)生：

(1)數(shù)據(jù)報成功到達服務(wù)器端，并且被服務(wù)器接收。

(2)數(shù)據(jù)報成功到達服務(wù)器端，但是服務(wù)器端的UDP套接字接收緩沖區(qū)已滿，此時服務(wù)器端將自動丟棄這個數(shù)據(jù)報，并且不向客戶機返回任何錯誤信息。 (3)數(shù)據(jù)報成功到達服務(wù)器端，但是數(shù)據(jù)報指定的目的端口上沒有接收此數(shù)據(jù)報的進程。此時服務(wù)器端上的UDP協(xié)議將丟棄這個數(shù)據(jù)報，并且向客戶機返回一個ICMP錯誤報文，通知客戶機在目的端口上沒有接收進程。當(dāng)這個ICMP消息到達客戶機UDP協(xié)議之后，UDP協(xié)議將向客戶機報告這個錯誤。我們調(diào)用函數(shù)sendto發(fā)送數(shù)據(jù)，該函數(shù)只要將數(shù)據(jù)報發(fā)送至目的系統(tǒng)的緩沖區(qū)就完成調(diào)用返回，而ICMP錯誤報文是在sendto()函數(shù)調(diào)用完成之后返回的，錯誤的產(chǎn)生和發(fā)現(xiàn)時間是不一致的，所以該錯誤被稱為異步錯誤。對于UDP套接字，當(dāng)這個錯誤到達時，如果客戶機正在進行系統(tǒng)調(diào)用，則系統(tǒng)將返回一個ECONNRESET類型的錯誤。對于未連接UDP套接字，Linux系統(tǒng)也返回ECONNRESET。 (4)數(shù)據(jù)報未成功到達服務(wù)器。這種情況又分為兩種：①

如果數(shù)據(jù)報因為目的地址不可到達而在網(wǎng)絡(luò)中被丟棄，并且這個數(shù)據(jù)報的傳送經(jīng)過了路由器，那么傳送路徑上的某個路由器將向客戶機UDP協(xié)議返回ICMP錯誤消息，通知發(fā)送端目的地址不可到達?？蛻魴CUDP協(xié)議接收到這個ICMP錯誤消息之后，如果客戶機正在進行系統(tǒng)調(diào)用，則這個系統(tǒng)調(diào)用將以ENETUNREACH或EHOSTUNREACH類型的錯誤返回。②

如果數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，由于字節(jié)發(fā)生錯誤而被路由器丟棄，或者由于路由器的緩沖區(qū)滿，該數(shù)據(jù)報也將被丟棄，而且發(fā)送端也不會得到任何返回的錯誤信息。

在進行基于UDP套接字編程時，我們應(yīng)根據(jù)實際情況去選擇使用連接UDP套接字還是未連接UDP套接字。通?？蛻魴C進程只與一個服務(wù)器進程通信時，使用連接套接字比較方便，這樣可以避免服務(wù)器端接收來自其他客戶端的UDP數(shù)據(jù)報。當(dāng)服務(wù)器進程需要同多個客戶端進程進行數(shù)據(jù)報通信，并且是循環(huán)服務(wù)的方式時，使用未連接套接字。這是一般采用的原則，最終采用什么方法還應(yīng)根據(jù)具體要求加以變通。 3．連接UDP套接字的取消 連接UDP套接字的取消與TCP套接字的關(guān)閉不同，它不像后者有專門的close套接字函數(shù)來關(guān)閉連接，連接UDP套接字只需再次調(diào)用connect函數(shù)，使用一個非法的套接字地址對這個套接字調(diào)用connect函數(shù)，執(zhí)行此調(diào)用，connect函數(shù)套接字將會丟棄原來保存的地址。設(shè)置套接字地址的地址簇為AF_UNSPEC，則connect函數(shù)調(diào)用以錯誤返回，其錯誤類型為EAFNOSUPPORT，表示UDP協(xié)議不支持AF_UNSPEC類型的套接字地址。這樣，這個UDP連接套接字的地址信息被清除，可以取消連接UDP套接字。

取消連接UDP套接字的操作如下：

structsockaddr_inaddr; intsockfd;

… addr.sin_family=AF_UNSPEC;

… connect(sockfd，(structsockaddr*)&addr，sizeof(addr));

對一個連接UDP套接字再次調(diào)用connect函數(shù)，可以完成以下兩個任務(wù)：

(1)斷開已連接套接字。

(2)指定新的IP地址和端口號，即創(chuàng)建一個新的連接。3.4UDP編程中的錯誤檢測及處理方法

1．UDP協(xié)議不保證數(shù)據(jù)報可靠到達 如果應(yīng)用程序要求實現(xiàn)傳送的UDP數(shù)據(jù)報可靠地到達接收方，我們必須在應(yīng)用程序中檢測并處理各種可能的錯誤。例如，采用數(shù)據(jù)重傳和超時重發(fā)來實現(xiàn)：發(fā)送方保存需要發(fā)送的數(shù)據(jù)報，接收方應(yīng)用程序接收到數(shù)據(jù)報之后，向發(fā)送者返回一個確認(rèn)數(shù)據(jù)報，然后發(fā)送方才將這個數(shù)據(jù)報從緩沖區(qū)中釋放出去。因為發(fā)送的數(shù)據(jù)報和對方返回的確認(rèn)數(shù)據(jù)報都有可能丟失，所以，如果發(fā)送者在指定的時間內(nèi)沒有收到接收方的確認(rèn)信息，將重新發(fā)送這個數(shù)據(jù)報。

調(diào)用alarm()函數(shù)是最常用的超時控制方法，編程也比較簡單。因為信號可以中斷函數(shù)的阻塞，而alarm()函數(shù)可以在設(shè)定的時限到達時發(fā)出SIGALRM信號，所以我們可以在程序中捕獲SIGALRM信號，喚醒用戶進程作下一步的操作。在Linux內(nèi)核2.4～20，i386體系源程序代碼中，alarm()函數(shù)所對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)名稱是sys_alarm()，在linux/kernel/timer.c中實現(xiàn)，函數(shù)定義如下：

asmlinkageunsignedlongsys_alarm(unsignedintseconds)

注意，該函數(shù)的定時單位是秒，當(dāng)參數(shù)設(shè)為0時函數(shù)將取消定時操作。alarm()函數(shù)與進程相關(guān)，而與文件描述符或者說是與輸入輸出通道無關(guān)。當(dāng)我們使用多個輸入輸出通道時，我們可能無法區(qū)分究竟在哪個通道上發(fā)生了阻塞。當(dāng)超時到達時，alarm()函數(shù)將發(fā)出信號SIGALRM，這個信號的默認(rèn)操作是終止進程，這就意味著如果我們不捕獲SIGALRM，我們的程序在阻塞一段時間后便會自動結(jié)束。當(dāng)我們捕獲了SIGALRM信號并處理后，一般情況下會給阻塞函數(shù)返回EINTR。 此外，還有一點需要引起注意：alarm()是一次性函數(shù)，而不是周期性函數(shù)。

下面我們給出處理這種錯誤時的部分示例：

#include<signal.h> … voidsig_handler(); intmain() { inttimde_out，n；

structsigactionact; intsockfd; charmsg[100]，buff[100]; structsockaddr_inaddr; /*

創(chuàng)建一個UDP數(shù)據(jù)報類型的套接字

*/ sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0); if(sockfd<0) { fprintf(stderr，"Socketerror"); exit(1); } bzero(&addr，sizeof(addr)); addr.sin_family=AF_INET; addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); /*

套接字綁定一個端口號

*/ if(bind(sockfd，(structsockaddr*)&addr，sizeof(addr))<0) { fprintf(stderr，"Binderror"); exit(1); } act.sa_handler=sig_handler; sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags=0; sigaction(SIGALRM，&act，NULL); /*

調(diào)用通信函數(shù)與客戶端進行通信

*/ strcpy(msg，"message"); sendto(sockfd，msg，sizeof(msg)，0，addr，addrlen); for(;;) { timde_out=0; /*

設(shè)立信號機制，發(fā)送后等待20s后，若無返回，則認(rèn)為發(fā)送超時，重新發(fā)送

*/ alarm(20); /*

讀應(yīng)答

*/ n=recvfrom(sockfd，buf，size(buf)，0，(structsockaddr*)&addr，&addrlen); if(n<0&&errno==EINTR) { if(timed_out) {printf("Servernotresponding，

retrying...\n"); /*重新發(fā)送數(shù)據(jù)

*/ proc_timeout(); }else continue;…}}/*for*/}/*main*/

voidhandler()/*信號處理函數(shù)*/{timed_out=1;};

proc_timeout(){/*

重新發(fā)送數(shù)據(jù)

*/};

由上面的程序可見，利用alarm()函數(shù)實現(xiàn)操作控制的方法比較簡單：首先設(shè)置信號SIGALRM的處理函數(shù)，在調(diào)用讀函數(shù)之前，調(diào)用alarm()函數(shù)設(shè)置在超時到達時發(fā)送信號SIGALRM。如果讀函數(shù)被信號SIGALRM中斷，則表示超時到達。

2．UDP協(xié)議不保證數(shù)據(jù)報順序到達 因為UDP協(xié)議是面向無連接的，該協(xié)議不保證數(shù)據(jù)報能夠順序到達，這就意味著所有的UDP數(shù)據(jù)報并不能按照發(fā)送的先后順序到達接收方被處理。如果應(yīng)用程序要求數(shù)據(jù)報必須是按照順序到達并處理的，我們就要在設(shè)計UDP報文時對每個發(fā)送的數(shù)據(jù)報進行順序編號。接收方在接收到一個數(shù)據(jù)報之后，根據(jù)數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)序號將其放入緩沖區(qū)的合適的位置，符合時才處理這個數(shù)據(jù)報，否則等待接收順序靠前的數(shù)據(jù)報。

3．UDP協(xié)議沒有流量控制

UDP協(xié)議本身不提供流量控制功能，雖然UDP協(xié)議為每個套接字建立了一個接收緩沖區(qū)隊列，接收到的數(shù)據(jù)報被拷貝到該隊列中，但是如果在通信過程中數(shù)據(jù)報發(fā)送速度大于接收速度，當(dāng)套接字接收緩沖區(qū)滿后，UDP協(xié)議將丟棄之后到達的數(shù)據(jù)報，從而造成大量的數(shù)據(jù)報丟失。針對這種情況，我們可以在確保UDP數(shù)據(jù)報可靠到達的基礎(chǔ)上進行如下的流量控制： 發(fā)送方應(yīng)用程序創(chuàng)建一個發(fā)送緩沖區(qū)隊列，每發(fā)送一個數(shù)據(jù)報，首先將它拷貝到該隊列中，然后再發(fā)送給接收方。每個數(shù)據(jù)報在接收到接收方返回的確認(rèn)信息前將一直保存在這個緩沖區(qū)隊列中。如果發(fā)送緩沖區(qū)隊列已滿，則暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)報，直到緩沖區(qū)隊列再次出現(xiàn)空間為止。通過這種方法可以實現(xiàn)簡單的流量控制。3.5UDP套接字在OICQ服務(wù)中的應(yīng)用 UDP協(xié)議經(jīng)常使用于語音、圖像、文字等格式的數(shù)據(jù)傳輸中，很多即時通信程序都使用UDP套接字編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，例如，目前使用的最廣泛的聊天程序OICQ。本節(jié)我們將給出兩個代碼片段，來分別說明OICQ服務(wù)器端和客戶機程序的基本實現(xiàn)原理。

先來看實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的客戶端程序：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<ermo.h> #include<string.h> #include<sys/types.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/socket.h> #defineSERVER_PORT8003 #defineMSG_BUF_SIZE512 intport=SERVER_PORT; voidmain() { intsockfd; intcount=0; intflag; charbuf[MSG_BUF_SIZE]; structsockaddr_inaddress;

/*

創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)報類型的套接字

*/ if((sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0))==-1) { fprintf(stderr，"socketerror"); exit(1); } memset(&address，0，sizeof(address)); address.sin_family=AF_INET; address.sin_addr.s_addr=inet_addr(""); address.sin_port=htons(port); flag=1; /*

發(fā)送數(shù)據(jù)

*/do{sprintf(buf，"packet%d\n"，count);if(count>30){sprintf(buf，"over");flag=0;}

sendto(sockfd，buf，sizeof(buf)，0，(structsockaddr*)&address，sizeof(address));count++;}while(flag); }

服務(wù)器端程序：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<ermo.h> #include<string.h> #include<sys/types.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/socket.h> #defineSERVER_PORT8003 #defineMSG_BUF_SIZE512

intport=SERVER_PORT; /*ip地址表示本機

*/ char*hostname=""; voidmain() {

intsinlen;intport=SERVER_PORT;charmessage[MSG_BUF_SIZE];intsockfd;structsockaddr_insin;structhostent*server_host_name;if((sockfd=socket(PF_INET，SOCK_DGRAM，0))==-1){fprintf(stderr，"socketerror");exit(1);} server_host_name=gethostbyname(hostname);bzero(&sin，sizeof(sin));sin.sin_family=AF_INET;sin.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);sin.sin_port=htons(port); if((bind(sockfd，(structsockaddr*)&sin，sizeof(sin)))==-1){fprintf(stderr，"binderror");exit(1);}

/*

接收數(shù)據(jù)

*/ while(1) { sinlen=sizeof(sin);recvfrom(sockfd，message，256，0，(structsockaddr*)&sin，&sinlen);printf("nDatacomefromserver:%s\n"，message);if(strncmp(message，"over"，4)==0)break;}close(sockfd);}

上面兩個程序經(jīng)編譯調(diào)試通過后，在一臺主機分別運行接收程序和發(fā)送程序，就可以看到通過UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信過程了。當(dāng)然，也可以在兩臺機器上啟動兩個不同的進程來運行，只要修改上述程序中的IP地址，就可以實現(xiàn)客戶機和服務(wù)器的通信模擬。3.6原始套接字 3.6.1

原始套接字定義 使用流式套接字或數(shù)據(jù)報套接字，應(yīng)用程序可以實現(xiàn)基于TCP協(xié)議或UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)交互。這種交互屬于比較高層次的網(wǎng)絡(luò)通信方式，它向程序員屏蔽了TCP、UDP和IP數(shù)據(jù)包的具體格式，簡化了編程工作；但同時也限制了應(yīng)用程序?qū)νㄐ艆f(xié)議的支持范圍，降低了用戶對數(shù)據(jù)的操作能力，影響了編程的靈活性。原始套接字則支持我們直接對IP數(shù)據(jù)包進行操作，可以允許用戶訪問ICMP和IGMP等多種協(xié)議的數(shù)據(jù)包，允許用戶訪問內(nèi)核不處理的IP數(shù)據(jù)包，允許用戶讀寫包括首部在內(nèi)的IP數(shù)據(jù)包，允許用戶基于IP層開發(fā)新的高層通信協(xié)議。

原始套接字的使用分為三個步驟：原始套接字的創(chuàng)建、屬性的設(shè)置以及數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

1．原始套接字的創(chuàng)建 將函數(shù)socket(intdomain，inttype，intprotocol)中的參數(shù)type設(shè)為SOCK_RAW，并將參數(shù)protocol設(shè)為某種指定類型(如IPPROTO_ICMP、IPPROTO_IGMP、IPPROTO_IP等)，我們就可以創(chuàng)建一個原始套接字。

#include<linux/in.h> ... intsockfd sockfd=socket(AF_INET，SOCK_RAW，IPPROTO_ICMP); ....

標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議類型通常由系統(tǒng)頭文件<linux/in.h>定義，在Linux2.4.20內(nèi)核中，它們位于第23～47行。protocol等于IPPROTO_ICMP，表示這是一個使用ICMP協(xié)議工作的原始套接字；protocol等于IPPROTO_IGMP，表示這是一個使用IGMP協(xié)議工作的原始套接字；protocol等于IPPROTO_IP，表示這個原始套接字可以接收內(nèi)核送達的任何類型的IP數(shù)據(jù)包。 原始套接字直接發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)包，是一種面向無連接的套接字，而且它只能由超級用戶或系統(tǒng)管理員來創(chuàng)建。

無論是否設(shè)置了IP_HDRINCL屬性，原始套接字接收的都是整個IP數(shù)據(jù)包，即我們的接收緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)包含IP數(shù)據(jù)包的首部。

3．?dāng)?shù)據(jù)發(fā)送和接收 端口是TCP、UDP等傳輸層協(xié)議中的概念，在原始套接字中不存在端口。原始套接字通過IP地址來識別主機?？梢允褂胹endto()、sendmsg()、recvfrom()和recvmsg()函數(shù)，來收發(fā)數(shù)據(jù)包；也可以先調(diào)用connect()、bind()函數(shù)綁定對方或本地地址，然后再使用write()、writev()、send()、read()、readv()和recv()等函數(shù)來收發(fā)數(shù)據(jù)。 2．原始套接字屬性的設(shè)置

IP數(shù)據(jù)包由首部和數(shù)據(jù)實體組成，如果沒有對原始套接字設(shè)置IP_HDRINCL屬性，則在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)緩存區(qū)中存放的是IP數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)實體部分；如果設(shè)置了IP_HDRINCL屬性，則數(shù)據(jù)發(fā)送緩存區(qū)中存放的是整個IP數(shù)據(jù)包，包括IP數(shù)據(jù)包的首部。IP_HDRINCL是通過調(diào)用函數(shù)setsockopt()來進行設(shè)置的：

intoptval=1; if(setsockopt(sockfd，

IPPROTO_IP，

IP_HDRINCL，

&optval，

sizeof(optval))<0) exit(1); … 3.6.2ICMP協(xié)議中原始套接字的應(yīng)用 在第1章中，我們已經(jīng)知道ICMP(Internet消息控制協(xié)議)是TCP/IP協(xié)議簇的一個組成部分，主要作用是通過傳遞網(wǎng)絡(luò)故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞、路由錯誤、中間主機崩潰及重啟等信息，來協(xié)調(diào)路由器、源主機和中間主機之間的工作。 使用ICMP協(xié)議通信時，一般不設(shè)置IP_HDRINCL選項，在數(shù)據(jù)發(fā)送緩存區(qū)僅僅填寫ICMP數(shù)據(jù)包，不需要考慮IP首部；但在接收數(shù)據(jù)時，接收緩存區(qū)內(nèi)存放的是IP首部加ICMP數(shù)據(jù)包，所以首先必須找到ICMP數(shù)據(jù)包的起始位置，然后才能取出ICMP數(shù)據(jù)包進行處理。通常我們采用結(jié)構(gòu)來讀寫ICMP消息的固定長度部分，包括描述IP數(shù)據(jù)包首部的結(jié)構(gòu)和描述ICMP數(shù)據(jù)包首部的結(jié)構(gòu)。我們可以自行定義這些結(jié)構(gòu)，也可以采用系統(tǒng)頭文件中的結(jié)構(gòu)定義：iphdr和icmphdr。 iphdr描述了IP數(shù)據(jù)包的首部，在Linux2.4.20內(nèi)核中，它們位于<linux/in.h>文件的第116～136行，其代碼及注釋如下：

structiphdr{ #ifdefined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)__u8ihl:4，

/*

首部長度，以4字節(jié)為單 位進行計量

*/version:4; /*

版本

*/ #elifdefined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)__u8version:4，

ihl:4; #else #error"Pleasefix<asm/byteorder.h>" #endif__u8tos; /*

服務(wù)類型

*/__u16tot_len; /*

數(shù)據(jù)包總長

*/__u16id; /*

標(biāo)識

*/__u16frag_off; /*

標(biāo)識位和碎片偏移

*/__u8ttl; /*

生存時間(timetolive)*/ __u8protocol;/*

協(xié)議：TCP、UDP、ICMP等

*/__u16check; /*

首部校驗和

*/__u32saddr; /*

源IP地址

*/__u32daddr; /*

目的IP地址

*/ }; icmphdr描述了ICMP數(shù)據(jù)包的首部，在Linux2.4.20內(nèi)核中，它們位于<linux/icmp.h>文件的第66～81行，其代碼如下： structicmphdr{ __u8type; __u8code;__u16checksum;union{struct{__u16id;__u16sequence;}echo; __u32gateway;struct{__u16__unused;__u16mtu;}frag;}un; };

下面我們以一段Ping程序代碼片斷為例，來說明 如何使用原始套接字實現(xiàn)ICMP協(xié)議的數(shù)據(jù)交互。在 這個例子中，源主機向目的主機發(fā)出回顯請求(ICMP_ECHO，type=0，code=0)，目的主機返回回顯響應(yīng)(ICMP_ECHOREPLY，type=8，code=0)，相關(guān)的數(shù)據(jù)包格式如圖3-3所示。其中，標(biāo)識符是源主機的進程號，序列碼用來標(biāo)識發(fā)出回顯請求的次序，時間戳表示數(shù)據(jù)包發(fā)出的時刻，通過比較回顯響應(yīng)時刻和源主機當(dāng)前時刻的差值，可以測出ICMP數(shù)據(jù)包的往返時間。在這個例子中，用戶進程一共向目的主機發(fā)送三次回顯請求。圖3-3ICMP回顯請求和響應(yīng)的?數(shù)據(jù)包格式#include<linux/in.h>...intnTimeout=0; /*

超時標(biāo)志

*/voidrecv_process(char*buf);/*

處理接收到的數(shù)據(jù)

*/shortCheckSum(short*buf，intnSize)/*

計算校驗和

*/{ unsignedlongchksum=0; short*buf2=buf; chksum=*buf2;buf2++;buf2++; for(inti=2;i<nSize-1;i++) {chksum+=*buf;buf++;}chksum=(chksum>>16)+(chksum&0xffff); chksum+=(chksum>>16); short*ps=(short*)&chksum; return~(*ps);}voidFillIcmpHdr(char*pIcmpHdr，intnDataSize) /*

填充ICMP數(shù)據(jù)包

*/{ icmphdr*pIcmph; staticintnSeq=0; pIcmph=(icmphdr*)pIcmpHdr; pIcmph->type=ICMP_ECHO; pIcmph->code=0; pIcmph->un.echo.id=htons(getpid()); pIcmph->un.echo.sequence=htons(nSeq);nSeq++; pIcmph->checksum=htons(CheckSum((short*)pIcmpPack，nDataSize));}voidsigalrm_handler(intsig){nTimeout=1;}

intmain(intargc，char*argv[]) /*

主程序入口

*/{unsignedlongbuf[64];intsockfd;structsockaddr_inaddr1;structsigactionact;timevaltv;act.sa_handler=sigalrm_handler; /*

設(shè)置超時信號捕獲函數(shù)

*/act.sa_mask=0;act.sa_flags=0;sigaction(SIGALRM，&act，NULL);sockfd=socket(AF_INET，SOCK_RAW，IPPROTO_ICMP); /*

創(chuàng)建原始套接字

*/if(sockfd<0) exit(1);bzero(&addr1，sizeof(addr1));if(inet_aton(argv[1]，&addr1.sin_addr)==0) /*

綁定對方主機IP地址

*/exit(2);intn=0，nlen;while(n<3){ alarm(5); /*

設(shè)置超時值為5s*/ gettimeofday(&tv，NULL); /*

獲得當(dāng)前時間戳

*/

*(buf+2)=htonl(tv.sec);

*(buf+3)=htonl(tv.usec); FillIcmpHdr((char*)buf，8); /*

填寫數(shù)據(jù)包，按雙字節(jié)計算數(shù)據(jù)長度

*/ nlen=sizeof(addr1); sendto(sockfd，buf，128，0，(structsockaddr*)&addr1，sizeof(addr1)); n=recvfrom(sockfd，buf，128，0，(structsockaddr*)&addr1，&nlen); if(n>0) recv_process(buf); /*

處理接收到的數(shù)據(jù)

*/ alarm(0); nTimeout=0;n++;}close(sockfd);}

函數(shù)recv_process()用來處理對方主機返回的回顯響應(yīng)數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包內(nèi)含有IP數(shù)據(jù)首部，必須將其過濾掉。recv_process()的主要代碼如下：

voidrecv_process(char*buf) /*

填充ICMP數(shù)據(jù)包

*/ { iphdr*pIph; icmphdr*pIcmph; intiplen，icmplen; pIph=(iphdr*)buf; /*

確定IP數(shù)據(jù)包起始位置

*/ iplen=ip->ihl<<2; pIcmph=(icmphdr*)(buf+iplen); /*

確定ICMP數(shù)據(jù)包起始位置

*/ /*

確定收到的數(shù)據(jù)包是否是針對當(dāng)前進程的回顯響應(yīng)

*/if(pIcmph->type!=ICMP_ECHOREPLY||pIcmph->un.echo.id!=htons(getpid())) exit(3); pl=(unsignedlong*)pIcmph; ptv1=(timeval*)(pl+2); gettimeofday(tv2，NULL); tv2=GetInterval(*ptv1，tv2); /*

編制函數(shù)，計算時間差值

*/ ... /*

顯示接收結(jié)果

*/} IGMP(Internet組管理協(xié)議)是另一種最常使用原始套接字進行操作的協(xié)議，這個協(xié)議用來協(xié)調(diào)多播路由器與主機之間的工作：多播路由器使用IGMP協(xié)議來查詢多播組內(nèi)有哪些主機；主機則在加入和退出多播組時使用IGMP協(xié)議向路由器發(fā)出通告，或者使用IGMP協(xié)議響應(yīng)多播路由器的查詢。 與ICMP協(xié)議類似，IGMP數(shù)據(jù)包也是嵌入在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)進行傳輸?shù)模覀兛梢酝ㄟ^調(diào)用sockfd=socket(AF_INET，SOCK_RAW，IPPROTO_IGMP)創(chuàng)建一個支持協(xié)議的原始套接字。IGMP協(xié)議中原始套接字的使用方法與ICMP協(xié)議中原始套接字使用方法基本一致，只是協(xié)議的具體格式有所差別，其編程方法可參閱前面有關(guān)套接字編程的例子。 3.6.3IP_HDRINCL選項 當(dāng)對原始套接字設(shè)置了IP_HDRINCL屬性后，我們就可以對IP數(shù)據(jù)包的首部進行操作，可以對封裝在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)的任何協(xié)議(如TCP、UDP等)進行操作，也可以定制自己的協(xié)議首部。在創(chuàng)建原始套接字時，應(yīng)將協(xié)議類型設(shè)為IPPROTO_IP(值為0)：

intsockfd sockfd=socket(AF_INET，SOCK_RAW，

IPPROTO_IP);

下面是一個構(gòu)造TCP數(shù)據(jù)包的函數(shù)，其中用到的tcphdr結(jié)構(gòu)由linux2.4.20內(nèi)核頭文件<linux/tcp.h>的第23～56行定義。

intsend_syn(char*buf，intnSize，unsignedshortport，structsockaddraddr) { iphdr*pIph; tcphdr*pTcph; bzero(buf，nSize); pIph=(iphdr*)buf; pTcph=(tcphdr*)(buf+sizeof(iphdr)); pTcph->source=htons(9090); /*

填寫TCP數(shù)據(jù)首部

*/ pTcph->dest=port; pTcph->seq=random(); pTcph->doff=5; pTcph->syn=1; pIph->version=4; /*

填寫IP數(shù)據(jù)首部

*/ pIph->ihl=sizeof(iphdr)>>2; pIph->tot_len=sizeof(iphdr)+sizeof(tcphdr); pIph->ttl=128; pIph->protocol=IPPROTO_TCP; pIph->saddr=random(); pIph->daddr=addr->sin_addr; pTcph->check=ChkSum(buf); /*

計算整個數(shù)據(jù)包的校驗和

*/ return*(pIph->tot_len); /*

返回需要發(fā)送的數(shù)據(jù)總長

*/ }

主程序可以不斷地調(diào)用這個函數(shù)，然后向服務(wù)器發(fā)送。這將引發(fā)用戶進程與服務(wù)器的三次握手過程(syn=1)。由于用戶進程送出的源地址是一個隨機數(shù)，幾乎全都是不可達地址，因此三次握手將無法完成。服務(wù)器由于偵聽套接字的連接隊列滿而被阻塞，從而引起服務(wù)失效。3.7服務(wù)器編程模型

3.7.1循環(huán)服務(wù)器

1．UDP循環(huán)服務(wù)器 基于UDP的編程常采用循環(huán)服務(wù)器的編程模式，循環(huán)服務(wù)器的實現(xiàn)較為簡單：UDP服務(wù)器每次從套接字上讀取一個客戶端的請求并處理請求，然后將結(jié)果返回給客戶機。循環(huán)服務(wù)器的處理過程如圖3-4所示。圖3-4循環(huán)服務(wù)器處理過程

循環(huán)服務(wù)器的程序處理方法為：intsockfd;structsockaddr_inaddr，clientaddr;intn，

addrlen;charbuf[512];if((sockfd=socket(AF_INETSOCK_DGRAM0))<0){printf("socketerror.\n");exit(1);}bzero(&addr，sizeof(servaddr));addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_port=htons(serverport); /*

端口號

*/addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

if(bind(sockfd，…)<0){printf("binderror.\n");exit(1);}for(;;){addrlen=sizeof(clientaddr);n=recvfrom(sockfdbufsizeof(buf)0(structsockaddr*)&clientaddr&addrlen);if(n<0&&errno==EINTR)continue;

elseif(n<0){printf("recvfromerror:%s\n"strerror(errno));continue;}doit(sockfd); */處理請求

*/sendto(sockfdbufsizeof(buf)0(structsockaddr*)&clientaddraddrlen);}

由于基于UDP的通信是面向無連接的，因此沒有一個客戶機可以獨占服務(wù)器，只要處理過程不是死循環(huán)，服務(wù)器對于每一個客戶機的請求總是能夠滿足的。 圖3-5為一個小型控制系統(tǒng)示例，所用計算機都工作在端口PORT1上，計算機1負(fù)責(zé)從工業(yè)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進行初步處理(濾波、去偽等)后原始發(fā)送給計算機2(服務(wù)器)，計算機2對數(shù)據(jù)進行處理(濾波、修正、轉(zhuǎn)換等)，然后將結(jié)果以廣播形式發(fā)送出去。收到結(jié)果數(shù)據(jù)后，計算機1和計算機2不作處理，計算機3判斷是否需要報警，計算機4將結(jié)果送去顯示，計算機5將數(shù)據(jù)存檔。如何區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)來源則由應(yīng)用層的數(shù)據(jù)協(xié)議來保證，例如，每個數(shù)據(jù)包中都標(biāo)明數(shù)據(jù)包類型是原始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)，還是其他數(shù)據(jù)。圖3-5一個小型控制系統(tǒng)示例

計算機2的程序代碼如下：#include<...>#definePORT18989#defineCOMPUTERX"55"...

intmain(){charbuf[256];intsockfd;structsockaddr_inaddr_2;/*

計算機2的地址結(jié)構(gòu)

*/structsockaddr_inaddr_x;/*

廣播地址結(jié)構(gòu)

*/sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0);if(sockfd<0){ fprintf(stderr，"Socketerror"); exit(1);} bzero(&addr_2，sizeof(addr_2));addr_2.sin_family=AF_INET;addr_2.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);addr_2.sin_port=htons(PORT1); if(bind(sockfd，(structsockaddr*)&addr_2，sizeof(addr_2))<0){ fprintf(stderr，"Inet_atonerror"); exit(1);} bzero(&servaddr，sizeof(addr_x));addr_x.sin_family=AF_INET;addr_x.sin_port=htons(PORT1);if(inet_aton(COMPUTERX，&addr_x.sin_addr)==0) exit(1); intnDataComeFrom=0; /*

用來存放數(shù)據(jù)包類型代碼

*/ intn=recvfrom(sockfd，buf，256，0，(structsockaddr*)&addr_1，sizeof(addr_1)); ... /*

解析接收到的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包類型代碼放入nDataComeFrom*/

if(nDataComeFrom==1){process(buf，&nlen...); /*

數(shù)據(jù)處理，結(jié)果放在buf中，數(shù)據(jù)長度放在nlen中

*//*

以廣播形式將處理結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送出去

*/sendto(sockfd，buf，nlen，0，(structsockaddr*)&addr_x，sizeof(addr_x));}close(sockfd);} 2．TCP循環(huán)服務(wù)器 現(xiàn)在我們考慮基于TCP的服務(wù)器采用循環(huán)服務(wù)器工作模式的實現(xiàn)方法。TCP服務(wù)器接受一個客戶端的連接，然后進行處理，直到完成這個客戶機的所有請求后，斷開連接。TCP循環(huán)服務(wù)器一次只能處理一個客戶端的請求，只有在這個客戶的所有請求都滿足后，服務(wù)器才可以繼續(xù)后面的請求。這樣，如果有一個客戶端占住服務(wù)器不放時，其他的客戶機都不能工作了，因此，TCP服務(wù)器一般很少用循環(huán)服務(wù)器模型。只有當(dāng)數(shù)據(jù)處理工作所需時間很短(如時鐘服務(wù))或者服務(wù)器只能為單一用戶提供服務(wù)時才被使用，而且這時應(yīng)該設(shè)置超時控制。

圖3-6是一個使用TCP循環(huán)服務(wù)的例子，這是一個通過網(wǎng)絡(luò)控制的可移動機械手，服務(wù)器程序運行在機械手的移動平臺上，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程操控機械手完成搬運物體的工作，這個機械手不允許多人同時操作。若采用UDP協(xié)議來實現(xiàn)這個系統(tǒng)，由于UDP協(xié)議的不可靠性，很可能出現(xiàn)后發(fā)出的指令被首先執(zhí)行，先發(fā)出的指令被延后執(zhí)行的狀況，用戶將感到機械手不可控制。當(dāng)然，我們也可以在應(yīng)用層的協(xié)議里加上時序控制，但那樣將加大編程的難度。而采用TCP的循環(huán)模式，并對阻塞函數(shù)添加超時控制，情況將會比較理想。有關(guān)TCP循環(huán)服務(wù)的程序代碼，可參見前面套接字的內(nèi)容，這里不再贅述。圖3-6一個使用TCP循環(huán)服務(wù)的例子

3.7.2并發(fā)服務(wù)器 針對上述TCP循環(huán)服務(wù)器的缺陷，人們提出了并發(fā)服務(wù)器的編程模型。并發(fā)服務(wù)器的思想是：每一個客戶機的請求并不由服務(wù)器偵聽進程直接處理，而是由服務(wù)器偵聽進程創(chuàng)建一個自己的子進程負(fù)責(zé)處理服務(wù)請求，父進程仍負(fù)責(zé)偵聽客戶機的請求。并發(fā)服務(wù)器的處理流程如圖3-7所示。圖3-7并發(fā)服務(wù)器的處理流程

1．TCP并發(fā)服務(wù)器 基本的TCP并發(fā)服務(wù)器采用這樣的流程：先創(chuàng)建一個偵聽套接字，等待客戶機的請求，每當(dāng)接受一個客戶機請求時，就創(chuàng)建一個子進程，并在子進程中進行數(shù)據(jù)處理，父進程則繼續(xù)等待新的客戶機請求，直到服務(wù)程序滿足退出條件。TCP并發(fā)服務(wù)器的程序處理方法為：

intsockfd，newsockfd; structsockaddr_inaddr;if((sockfd=socket(AF_INET，SOCK_STREAM，0))<0){printf("socketerror.\n");exit(1);}bzero(&addr，sizeof(servaddr));addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_port=htons(serverport);/*

端口號

*/addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(sockfd，…)<0){printf("binderror.\n");exit(1);}if((listen(sockfd，5)<0){printf("listenerror.\n");exit(1);}for(;;){newsockfd=accept(sockfd，…，…);if(newsockfd<0&&errno==EINTR)continue;elseif(newsockfd<0){printf("accepterror.\n");exit(1);}if(fork()==0){close(sockfd);doit(newsockfd); /*

處理請求

*/…exit(0);}close(newsockfd);} 2．UDP并發(fā)服務(wù)器

UDP協(xié)議雖然在套接字函數(shù)處不大容易阻塞，但如果對某一個客戶機進行數(shù)據(jù)處理的時間過長，則服務(wù)器在這段時間內(nèi)將不能接收其他客戶機的請求，同時UDP協(xié)議又是不可靠的通信協(xié)議，不保證數(shù)據(jù)是否能夠到達目的地址，所以就會造成數(shù)據(jù)包的丟失。這時可以采用并發(fā)的UDP服務(wù)結(jié)構(gòu)：服務(wù)程序每收到一項請求，就單獨為這個客戶機創(chuàng)建一個進程，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，然后關(guān)閉套接字描述符。UDP并發(fā)服務(wù)器處理方法如下： #include<...> #definePORT18989 voidsigchld_handler(intsig) { while(waitpid(-1，NULL，WNOHANG)>0){} return; }intmain(){charbuf[256];intsockfd;structsockaddr_inaddr; intpid;structsigactionsigact; sigact.sa_handler=sigchld_handler; sigact.sa_mask=0; sigact.sa_flags=0; sigsigaction(SIGCHLD，&sigact，NULL); sockfd=socket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0); if(sockfd<0) { fprintf(stderr，"Socketerror"); exit(1); } bzero(&addr，sizeof(addr));addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);addr.sin_port=htons(PORT1);if(bind(sockfd，(structsockaddr*)&addr，sizeof(addr))<0){ fprintf(stderr，"Inet_atonerror"); exit(1);}

while(1){intn=recvfrom(sockfd，buf，256，0，(structsockaddr*)&addr_1，sizeof(addr_1));if(n>0){if((pid=fork())==0) /*

子進程，處理數(shù)據(jù)并返回結(jié)果

*/{sendto(sockfd，buf，256，0，(structsockaddr*)&addr，sizeof(addr));close(sockfd);exit(0);}elseif(pid<0){fprintf(stderr，"forkerror");exit(1);}/*

父進程，繼續(xù)循環(huán)等待客戶請求

*/}}

創(chuàng)建子進程是一項開銷很大的工作，如果客戶非常多，而大多數(shù)的數(shù)據(jù)處理的時間又很短，那么服務(wù)器的大量時間和資源都消耗在創(chuàng)建和銷毀子進程上，系統(tǒng)效率會很低，也難以及時響應(yīng)客戶的請求。我們可以將循環(huán)服務(wù)和并發(fā)服務(wù)進行適當(dāng)?shù)鼐C合，采用延遲創(chuàng)建子進程的方法，即平時服務(wù)器工作在循環(huán)狀態(tài)，當(dāng)預(yù)測某一次服務(wù)耗時較長就為它創(chuàng)建一個子進程，而主進程繼續(xù)工作在循環(huán)模式中。

在網(wǎng)絡(luò)上，常常會有這樣的情況：很多非法用戶或沒有操作權(quán)限的用戶與服務(wù)器建立了連接，并試圖進行操作，這時服務(wù)器應(yīng)該先檢查收到的數(shù)據(jù)包是否為合法請求(這種檢查通常耗費時間極短)。如果是非法請求，服務(wù)器就拒絕服務(wù)，則繼續(xù)在循環(huán)方式下工作；如果是合法請求，則服務(wù)器創(chuàng)建一個子進程進行數(shù)據(jù)處理，主進程依然在循環(huán)方式下工作。

我們還可以設(shè)置一個預(yù)測器，估計一項服務(wù)是否可以在很短時間內(nèi)完成。因為實際上服務(wù)器的服務(wù)范圍是有限的，可以根據(jù)理論知識和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(即服務(wù)器在歷史上處理各類數(shù)據(jù)所消耗的時間)來進行推理，考慮是否創(chuàng)建子進程，如運算服務(wù)，如果發(fā)現(xiàn)是解二元一次方程、求幾個數(shù)的平均值等，則所需的服務(wù)時間極短，在循環(huán)服務(wù)中即可迅速完成；如果發(fā)現(xiàn)是求大型方陣的特征值、較大圖像的卷積運算等，就創(chuàng)建子進程；如果是一種以前未處理過的運算類型，那么我