文件描述符与套接字
在linux操作系统下,有万物皆文件的概念,当一个进程想要打开/创建一个文件时,内核会给进程返回一个文件描述符,文件描述符是一个非负数,常用int类型表示,起到索引的作用,是为了高效管理进程打开/创建的文件的,指向的是被打开的文件。所有I/O的系统操作也都是通过文件描述符来的;每一个进程都有一个文件描述符表,里面记录的就是进程打开/创建文件的记录
套接字是一种特殊的文件描述符,用于进程和进程之间的网络通信,常用在网络编程中
进程和进程之间通信主要有六种方式,分别是:
1.管道
2.消息队列
3.共享内存
4.信号
5.信号量
6.套接字.
套接字便是其中的一种.
网络编程的基本流程
这个流程很经典,就不过多赘述了.
基础的函数和结构体(持续更新)
函数太多了,这里只记录一些常用的函数
socket函数
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
其中
domain表示指定套接字的地址族或协议族。常见的值包括:
AF_INET:用于IPv4 地址族。
AF_INET6:用于IPv6 地址族。
AF_UNIX 或 AF_LOCAL:用于本地(Unix 域)套接字通信。
type表示指定套接字的类型,常见的值包括:
SOCK_STREAM:用于基于流的 TCP 套接字。
SOCK_DGRAM:用于基于数据报的 UDP 套接字。
SOCK_RAW:用于原始套接字,允许更底层的数据包处理。
protocol 参数通常为 0,表示选择默认的协议。在大多数情况下,操作系统会自动选择正确的协议,例如,对于 IPv4 TCP 套接字,它会选择 TCP 协议。
返回值:socket函数的返回值是一个文件描述符(fd),经常作为网络编程中其他函数的参数.
常见的使用方式
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
sockaddr和sockaddr_in结构体
sockaddr
#include <sys/socket.h>
struct sockaddr {
sa_family_t sin_family;//地址族
char sa_data[14]; //14字节,包含套接字中的目标地址和端口信息
};
sockaddr已经被sockaddr_in取代了,这里就不详细说了。
sockaddr_in
#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>
struct sockaddr_in {
short int sin_family; // 地址族(Address Family),通常为 AF_INET
unsigned short int sin_port; // 端口号(Port Number)
struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址(32 位的 IPv4 地址)
unsigned char sin_zero[8]; // 不使用,填充字节
};
sockaddr_in 是用于表示 IPv4 地址的 C 语言结构体,通常在网络编程中与套接字套接字相关的函数一起使用
常见的使用方式:
struct sockaddr_in addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET;//绑定地址族,使用ipv4
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK); // 127.0.0.1 //绑定地址
addr.sin_port = htons(8000); //绑定端口
bind函数
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
1.sockfd参数表示要进行绑定的套接字文件描述符(是socket函数的返回值)
2.sockaddr 结构体是刚才上述所说的结构体,但是sockaddr不如sockaddr_in好用,所以一般情况下是定义一个sockaddr_in结构体,然后使用强制转换成sockaddr类型
3.addrlen参数表示结构体的长度
常用的使用方式:
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080); // 端口号 8080
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意地址
memset(server_addr.sin_zero, 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("Bind failed");
exit(1);
}
listen函数
listen函数作用:让套接字变成可以被动连接的状态,等待客户端的连接
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd参数表示文件描述符
backlog参数表示等待连接队列的最大长度,即在调用 accept 函数之前可以排队等待的最大连接数。通常,这个值为一个正整数,决定了同时等待的连接数量。
常用的使用方法:
int backlog = 5; // 最大等待连接数
if (listen(sockfd, backlog) == -1) {
perror("Listen failed");
exit(1);
}
accept函数
accept 函数用于接受传入的连接请求,通常在服务器端用于接受客户端的连接
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
1.sockfd是文件描述符
2.addr是 sockaddr结构体,用于接收客户端的地址,端口等信息,所以跟Bind函数调用时的sockaddr要区分开来
3.addrlen是结构体的大小
常见的使用方式:
struct sockaddr_in new_addr;
int new_sock;
addr_size = sizeof(new_addr);
new_sock = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&new_addr, &addr_size);
返回值:在成功接受连接请求时返回一个新的套接字,该套接字用于与客户端进行通信。这个新套接字是已连接套接字,它是服务器与客户端之间的通信通道。
这里要重点强调一下,我们后续进行客户端和服务端之间的通信时,使用的是accept函数返回的新套接字,而之前用socket函数创建的旧套接字仍然在监听新的连接请求(用于接收连接请求,而不是直接用来通信)
recv函数
recv 函数用于从已连接套接字(或者数据报套接字)接收数据
注意是已连接的套接字
int recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
1.sockfd是文件描述符
2.buf是接收数据的缓冲区指针
3.len是缓冲区的大小
4.flags通常设置为0
返回值是recv函数读到的字节数,如果返回值为 -1,表示读取失败,失败的原因会存储在errno里面
recv函数的返回值总结
常见的使用方式:
int bytes_read=recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0);
recv函数是一个阻塞函数,如果在读取时,发现并没有数据可以读,就会被阻塞住,如果不想被阻塞住,可以用fcntl函数将文件描述符设置为非阻塞模式,具体操作请看fcntl函数.
recv 和 read 函数在某些方面类似,因为它们都用于从文件描述符中读取数据。然而,它们有一些区别:
来源:
recv 是套接字库函数,用于在网络编程中接收数据。它可以用于套接字(sockets)等网络通信相关的操作。
read 是标准C I/O 函数,通常用于文件描述符,但也可以用于套接字等。它更一般化,可用于读取任何可读的文件描述符。
参数:
recv 在最后一个参数中可以指定额外的选项(flags),允许对接收操作进行控制。
read 没有额外的选项参数,它只接受文件描述符、缓冲区和长度。
错误处理:
recv 返回的错误值可能包含更多关于套接字通信的信息,如连接已断开等。因此,错误代码可能更详细。
read 的错误码可能相对简单,不会提供关于底层通信的额外信息,但它可用于读取多种文件类型。
用法:
recv 主要用于网络编程,特别是在套接字通信中,用于接收数据。
read 主要用于文件和通用文件描述符的读取,可用于从文件、管道、套接字等读取数据。
writev函数
writev 函数用于将多个分散的数据写入文件描述符(通常是文件或套接字)
也被称为集中写,与write函数的最大区别就是writev函数可以一次性写出多个缓冲区,而write函数一次性只能写出一个缓冲区
#include <sys/uio.h>
ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
1.fd参数表示文件描述符
2.iov参数表示指向iovec结构体数组的结构体指针
3.iovcnt表示数组中结构体的数量
iovec数组
struct iovec {
void *iov_base; // 缓冲区的起始地址
size_t iov_len; // 缓冲区的长度
};
常见的使用方式:
iov[0].iov_base = buf1; //缓冲区的起始地址
iov[0].iov_len = strlen(buf1);//缓冲区的长度!
iov[1].iov_base = buf2;
iov[1].iov_len = strlen(buf2);
int fd = 1;
ssize_t bytes_written = writev(fd, iov, 2);//将这两个缓冲区的内容全部
// 写入文件描述符
readv函数
用于把文件描述符中的数据一次性读到多个缓冲区中,也叫作分散读
ssize_t readv(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
使用方法和writev类似
iov[0].iov_base= buf1;
iov[0].iov_len=sizeof(buf1);
iov[1].iov_base = buf2;
iov[1].iov_len = sizeof(buf2);
ssize_t bytes_read = readv(fd,iov,2);
connect函数
connect 函数用于建立一个客户端套接字与服务端套接字之间的连接。它在客户端套接字上调用,指示客户端要连接到指定的服务器地址和端口。
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
1.sockfd表示客户端文件描述符
2.sockaddr表示要连接的地址及端口等信息(服务端的IP地址和监听的端口)
3.addrlen表示结构体的大小
常见使用方式:
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
perror("socket");
exit(1);
}
// 准备服务器地址信息
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080); // 服务器端口
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 服务器IP地址
// 连接到服务器
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("connect");
exit(1);
}
fcntl函数
fcntl 函数是一个在 Unix 和类 Unix 操作系统中使用的函数,主要用于控制文件描述符(file descriptor)的属性和执行各种操作。这包括修改文件状态标志、获取或设置文件描述符的属性、以及执行非阻塞操作等。具体来说,fcntl 函数的一些常见用途包括:
1.修改文件状态标志:通过 fcntl 函数,你可以修改文件描述符的状态标志,例如将文件设置为非阻塞模式,以便在读写操作时不会被阻塞。这是通过设置 O_NONBLOCK 标志实现的。
2.获取或设置文件描述符属性:你可以使用 fcntl 函数获取或设置文件描述符的各种属性,如获取或设置文件的访问模式、文件的拥有者、或文件的屏蔽字(file mode creation mask)等。
3.复制文件描述符:你可以使用 F_DUPFD 命令来复制一个文件描述符,这会创建一个新的文件描述符,指向与原始文件描述符相同的文件。
4.获取或设置文件锁:fcntl 函数还可用于获取或设置文件锁,以确保多个进程可以安全地访问共享文件。你可以使用 F_GETLK 命令来获取文件锁信息,或使用 F_SETLK 和 F_SETLKW 命令来设置或阻塞文件锁。
5.取消文件锁:通过 F_SETLK 命令,你还可以用来取消现有的文件锁。
参考链接:fcntl
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);
1.fd是要操作的文件描述符
2.cmd是对应的操作命令,如下:
F_DUPFD:创建一个新的文件描述符,指向与原始文件描述符相同的文件。
F_GETFD:获取文件描述符的标志。
F_SETFD:设置文件描述符的标志。
F_GETFL:获取文件的状态标志(如 O_RDONLY、O_WRONLY、O_NONBLOCK 等)。
F_SETFL:设置文件的状态标志。
F_GETOWN:获取文件描述符的所有权(如进程 ID 或进程组 ID)。
F_SETOWN:设置文件描述符的所有权。
F_GETLK:获取文件锁的信息。
F_SETLK:设置文件锁,如果锁已存在则返回错误。
F_SETLKW:设置文件锁,如果锁已存在则等待。
使用例子:
//对文件描述符设置非阻塞
int setnonblocking(int fd)
{
int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
int new_option = old_option | O_NONBLOCK;// O_NONBOLOCK为非阻塞标志.
fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
return old_option;
}
因为文件描述符的标志是一个位掩码,所以必须要先获取原来的状态,再跟新状态或运算,才可以修改文件描述符的状态.
stat函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
//获取文件属性,存储在statbuf中
int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
1.参数pathname表示一个完整的文件路径
2.参数statbuf是一个stat的结构体指针,用来在调用stat函数之后,将文件的信息存储在这个结构体中
struct stat
{
mode_t st_mode; /* 文件类型和权限 */
off_t st_size; /* 文件大小,字节数*/
};
用stat函数可以获取文件的类型,权限,以及大小等信息,常用于判断文件是否存在,可读,或者是不是目录等
常见的使用方式:
查看路径是否有文件存在:
if(stat(m_real_file,&m_file_stat)<0)
//文件不存在
查看文件是否有可读权限
if(!(m_file_stat.st_mode&S_IROTH))
//不可读
查看该路径是不是目录
if(S_ISDIR(m_file_stat.st_mode))
//是目录
mmap函数
用于将一个文件或其他对象映射到内存,提高文件的访问速度。
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
int munmap(void* start,size_t length);
start:映射区的开始地址,设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址
length:映射区的长度
prot:期望的内存保护标志,不能与文件的打开模式冲突
PROT_READ 表示页内容可以被读取
flags:指定映射对象的类型,映射选项和映射页是否可以共享
MAP_PRIVATE 建立一个写入时拷贝的私有映射,内存区域的写入不会影响到原文件
fd:有效的文件描述符,一般是由open()函数返回
off_toffset:被映射对象内容的起点
常见的使用方式:
int fd=open(m_real_file,O_RDONLY);
m_file_address=(char*)mmap(0,m_file_stat.st_size,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);
epoll相关函数
epoll是linux操作系统,内核提供给用户态专门用于多路复用的系统调用函数,其作用是可以让一个进程维护多个socket.
epoll的流程
1.使用epoll_create函数创建一个指向内核事件表的文件描述符
2.使用epoll_ctl函数将想要监听的socket和想要监听的事件类型注册到epoll上
3.使用epoll_wait函数等待事件到达,进程/线程通过对应的事件处理方式处理事件
epoll_create
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size)
作用:创建一个指向epoll内核事件表的文件描述符,返回值用于epoll其他函数的第一个参数
epoll_ctl函数
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
用于将文件描述符注册到epoll上,或者对已经注册好的文件描述符修改和删除
1.第一个参数是epoll_create函数的句柄
2.第二个参数是一个命令,分别用三个宏表示注册,修改,删除
EPOLL_CTL_ADD (注册新的fd到epfd),
EPOLL_CTL_MOD (修改已经注册的fd的监听事件),
EPOLL_CTL_DEL (从epfd删除一个fd);
3.event参数表示要监听的事件
epoll_event结构体
struct epoll_event {
__uint32_t events; //表示事件的类型
epoll_data_t data; //
};
events对应的事件类型有如下几种:
EPOLLIN:表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭)
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来)
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET:将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)而言的
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里
epoll_data_t是一个共用体(联合体)表示用户数据,用来存储额外的信息
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
ptr:一个指向 void 类型的指针,通常用于关联一个任意类型的指针。
fd:一个整数,通常用于关联一个文件描述符(比如套接字描述符)。
u32:一个32位的无符号整数。
u64:一个64位的无符号整数。
epoll_ctl常见的使用方式:(这里如果看不太懂events下面还有详解)
注册:
epoll_event event;
event.data.fd = fd;//设置文件描述符!
#ifdef ET
event.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLRDHUP;
8#endif
#ifdef LT
event.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP;
#endif
if (one_shot)
event.events |= EPOLLONESHOT;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
setnonblocking(fd);
删除:
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, 0);
close(fd);
修改
void modfd(int epollfd, int fd, int ev)
{
epoll_event event;
event.data.fd = fd;
#ifdef ET
event.events = ev | EPOLLET | EPOLLONESHOT | EPOLLRDHUP;
#endif
#ifdef LT
event.events = ev | EPOLLONESHOT | EPOLLRDHUP;
#endif
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event);
}
epoll_wait函数
用于等待事件的发生,当监控的文件描述符上有事件发生时,返回有事件发生的文件描述符的个数,通知进程处理事件
#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
1.epfd是epoll_wait函数创建的句柄
2.events表示内核得到的事件的集合
3.maxevents表示events的大小,即能够处理的最大事件数
4.timeout表示超时时间:
-1:阻塞
0:非阻塞
大于0:指定毫秒数
常见的使用方式:
int epfd = epoll_create(1); // 创建 epoll 实例
struct epoll_event events[MaxEvents]; // 用于存储事件的数组
// 将需要监听的文件描述符添加到 epoll 实例(epfd)中,使用 epoll_ctl 函数。
int num_events = epoll_wait(epfd, events, MaxEvents, timeout);
epoll_ctl函数和epoll_wait函数中的events详解:
epoll_ctl 函数:
events 参数用于指定你希望监听的事件,这个参数是用于告诉 epoll 实例需要监听哪些事件的。在调用 epoll_ctl 函数时,你需要为 events 参数赋值,指定感兴趣的事件类型,如 EPOLLIN(可读事件)或 EPOLLOUT(可写事件)等。
events 参数通常是一个位掩码,可以使用位运算来指定多个事件,例如 EPOLLIN | EPOLLOUT 表示同时监听可读和可写事件。
events 参数的角色是告诉 epoll 实例你关心的事件类型以及要监听的文件描述符。
epoll_wait 函数:
events 参数用于接收 epoll_wait 函数返回的已发生事件的信息。在调用 epoll_wait 之前,你不需要为 events 参数赋值,因为它将由 epoll_wait 函数填充。
当 epoll_wait 函数返回时,它会将已发生的事件信息填充到 events 数组中。你可以检查每个事件的类型和相关的文件描述符,以确定发生了什么事件。
pthread相关函数
pthread_create
#include <pthread.h>
int pthread_create (pthread_t *thread_tid, //返回新生成的线程的id
const pthread_attr_t *attr, //指向线程属性的指针,通常设置为NULL
void * (*start_routine) (void *), //处理线程函数的地址
void *arg); //start_routine()中的参数
pthread_create是C语言中,用于创建线程的函数
其中
thread_tid 是一个指向pthread_t类型的指针,用于存储新创建线程的标识符(pthread_t类型也被成为线程标识符)
attr 是一个指向pthread_attr_t类型的指针,用于指定线程的属性,通常为NULL
start_routine是一个指向返回类型为void * ,参数类型为(void *)的一个函数指针,该函数是线程要执行的函数,通常把线程的入口函数放在这里
arg 是一个 void类型的指针,作为start_routine函数中的参数,在新线程启动时,会作为参数传递给start_routine函数
当调用pthread_create函数之后,会在操作系统中创建一个新的线程,新的线程会直接去执行start_routine指向的入口函数.新线程可以和主线程同时执行.各自执行不同的代码路径
返回值为0表示线程创建成功,否则表示线程创建失败.
pthread_join
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
thread表示要等待的线程标识符
retval 是一个指向指针的指针,用于接受等待线程的返回值
主线程在调用pthread_join函数之后,会被阻塞,直到被等待的线程结束,同时,retval指向的指针将获得等待线程的返回值(退出状态).,如果不关心等待线程的返回值,可以将retval参数设置为NULL.
该函数主要用于线程间的同步操作,以确保主线程在等待子线程运行结束之后再继续执行
返回值为0表示函数使用成功,否则失败
pthread_detach
#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
pthread_detach是C语言中用于 线程分离的函数
其中 thread 是 pthread_t类型的标识符,用于指定被分离的线程
线程分离指的是让该线程与其主线程分离
在线程与其主线程分离之后,主线程就不再等待该线程的结束,不需要主线程调用pthread_join函数来等待该线程的终止并且该线程在结束时也会自动释放资源,相当于是让该线程与主线程脱离联系.
当线程终止后,会释放一些资源:
1.线程的栈空间释放:现成的栈空间用来存放局部变量,函数调用等,线程终止后会自动释放这些资源,供其他线程使用
2.线程描述符的释放:线程描述符是内核为线程分配的数据结构,用来跟踪线程的状态、优先级等信息。当一个线程终止时,其线程描述符会被释放,以允许新的线程创建并使用该描述符。
线程分离的意义是:
主线程不需要在结束时显示的等待子线程的结束,只要使用了线程分离,那么子线程会自行结束也会自行释放资源,如果一个主线程不关心子线程的返回值和子线程的结束场景,我们就可以使用线程分离来提高代码的简洁性
pthread_exit
void pthread_exit(void *retval);
当线程执行完毕时,可以通过pthread_exit函数来终止自身
其中retval 是指向需要传递给等待线程的退出状态的指针.
参数retval 可以被传递给等待该线程的其他线程的pthread_join函数,作为该线程的退出状态
通俗来讲,就是你可以在线程结束之前,动态开辟创建一个指针,用它来存储和返回线程的退出状态,该线程在终止时,就会返回这个退出状态,相当于是线程的返回值;当我们在其他的线程中使用pthread_join函数等待这个线程结束时,这个线程的退出状态就会保存在pthread_join的第二个参数里,相当于是线程退出状态的一个传递.
int *result = malloc(sizeof(int));
*result = 42;
pthread_exit((void *)result);
调用pthread_exit函数会立刻终止当前正在执行的线程,并且将控制权交还给主线程,如果被终止的线程是主线程,则会终止整个程序,如果不关心线程的退出状态,retval设置为NULL
pthread_exit(NULL); //不关心线程的退出状态
最常见的用法是线程在执行完任务后调用 pthread_exit 来退出。若线程没有调用 pthread_exit,则当线程函数返回时,线程将自动调用 pthread_exit 并将返回值设为 NULL。同时允许传递退出状态给等待线程的函数,
pthread_join和pthread_exit连用的案例:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void *thread_function(void *arg) {
// 获取整数参数值
int *value = (int *)arg;
printf("Thread %d is running!\n", *value);
// 模拟线程执行任务...
// ...
// 分配并返回退出状态
int *result = malloc(sizeof(int));
*result = 42;
pthread_exit((void *)result);
}
int main() {
pthread_t thread;
int thread_arg = 1;
void *thread_result;
// 创建线程
if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, (void *)&thread_arg) != 0) {
fprintf(stderr, "Failed to create thread\n");
return 1;
}
// 等待线程结束并获取退出状态
if (pthread_join(thread, &thread_result) != 0) {
fprintf(stderr, "Failed to join thread\n");
return 1;
}
printf("Thread exited with result: %d\n", *(int *)thread_result);
// 释放退出状态的内存
free(thread_result);
return 0;
}
MYSQL相关函数
MYSQL相关函数文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-725636.html
信号量,互斥锁,条件变量相关函数
信号量,互斥锁,条件变量相关函数文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-725636.html
到了这里,关于C语言网络编程基础(linux)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!