Socket API

1.OS IPC机制

OS提供的IPC机制一般分为两类：

• 本地IPC

  只允许位于同一计算机上的实体之间通信的机制，如内存共享、管道、UNIX的socket、门、信号等。

• 远程IPC

  循序配置或分布在一个网络上的实体之间通信的机制，如Internet领域socket、X。25电路、win32命名管道。

2.Socket API

Socket和句柄

Socket API最初是在BSD UNIX中开发给TCP/IP协议簇提供应用程序接口的，后来被移植到大多数OS中。它是在TCP/IP上编写进程间通信的事实上的标准。

• 在应用程序中可以用Socket API中的函数来创建、管理本地通信端点，这些端点称为socket。
• 我们通过一个句柄（handle）访问一个socket：一个socket句柄可以标识出OS维护的一个通信端点，同时可以使程序不受OS内核实现细节的影响，即不依赖于OS底层细节。
• 每个socket可以绑定到一个本地地址和一个远程地址上，这些地址定义了两个或多个通过socket通信的对等实体（peers）之间的关系。

socket系统函数

Socket API有大约二十多个系统函数，可以分为五类：

（1）本地环境管理

这些函数用于管理本地环境信息，这些信息通常存储在OS内核或系统库中。

函数	作用
socket()	factory function，用于分配一个socket句柄并返回给调用者
bind()	将一个socket句柄和一个本地或远程地址关联起来
getsockname()	返回socket绑定的本地地址
getpeername()	返回socket绑定的远程地址
close()	释放socket句柄，使其可以复用

（2）连接的建立和终止

函数	作用
connect()	主动在一个socket句柄上建立连接
listen()	表示愿意被动侦听来自客户的连接请求
accept()	factory function，用于相应用户请求，创建一个新的连接
shutdown()	有选择地终止双向连接中读取方和/或写入方地数据流

（3）数据传输机制

用于通过socket句柄发送和接收数据

函数	作用
send() recv()	通过某一特定I/O句柄，传送和接收数据缓冲区
sendto() recvfrom()	交换无连接数据报。每一个sendto()调用都要提供接收方的网络地址

（4）选项管理

这些函数允许程序员改变缺省的socket行为，从而支持多播和广播，并且能修改/查询传输缓冲区的大小。

函数	作用
setsockopt	在协议栈的不同层修改选项
getsockopt	在协议栈的不同层查询选项

（5）网络地址

用来将具有可读性的名称解析为低级网络地址

函数	说明
gethostbyname() gethostbyaddr()	处理主机名和IPv4之间的网络地址映射
getipnodebyname() getipnodebyaddr()	处理主机名和IPv4/IPv6地址之间的网络地址映射
getservbyname()	通过具有可读性的名称来标识服务（service）

3.通信领域的组成：协议簇与地址簇

Socket API常用来编写TCP/IP应用程序，但它也可以广泛支持多个通信领域。

一个通信领域由一个协议簇和一个地址簇确定。

• 协议簇

一个协议簇是一个协议集合，用来提供一组特定的相关服务。在通过Socket API创建socket时，协议时通过以下两个参数共同指定的：

1. 协议簇

2. 服务类型

   例如，有序可靠的字节流（SOCK_STREAM）、不可靠的数据报（SOCK_DGRAM）等

• 地址簇

地址簇定义地址的格式、表达地址的字节大小，以及它所包含的字段的数量、类型、顺序等。

地址簇还定义了一组解释地址的函数，它有诸如确定IP数据报将要到达的子网等等功能。