套接字-socket编程：网络通信程序的编写
套接字：操作系统向上层提供的用于实现网络通信的统称
一、网络通信
网络通信就是网络中俩台主机之间的通信。（服务端的客户端）
服务端：针对用户请求提供服务的一段。是被动接收请求的一端。
客户端：用户的一端。是主动发出请求的一端。
二、传输层协议
- TCP：传输控制协议，面向连接，可靠传输，面向字节流。应用于对安全性高于实时性的场景——文件传输
- UDP：用户数据报协议，无连接，不可靠，面向数据报。应用于对安全性低于实时性的场景——视频、音频传输
三、UDP通信程序过程
1、服务端
1.创建套接字，在内核中创建socket结构体，将进程与网卡关联起来
2.为套接字绑定地址信息，给创建的套接字socket结构体描述源端地址信息（IP&PORT）
- 告诉系统，网卡收到的哪个数据应该交给我
- 当发送数据的时候使用绑定的地址信息作为源端地址信息(sip,sport)
3.接收数据，从socket的接收缓冲区中取出数据
4.发送数据，把要发送的数据放入缓冲区
5.关闭套接字
2、客户端
1.创建套接字
2.为套接字绑定地址信息(客户端不建议绑定主动地址：1绑定之后，程序只能启动一个。2客户端并不需要固定使用某个地址)
3.向服务器发送数据，发送之前如果socket没有绑定某个指定地址，则系统会自动选择合适的地址信息进行绑定
4.接收数据
5.关闭套接字
3、套接字接口介绍
1、创建套接字
int socket(int domain, int type, int protocol );
domain：地址域类型 AF_INET——IPv4地址域类型
type：套接字类型 SOCK_STREAM —— 提供字节流传输服务 & SOCK_DGRAM——提供数据报传输服务
protocol ：协议类型-0 IPPROT_TCP & IPPROT_UDP
返回值：成功返回一个套接字描述符，失败返回-1
2、绑定地址信息
int bind(int sockfd, const struct sockaddr*addr, socklen_t addrlen );
sockfd：创建套接字返回的描述符
addr：要绑定的地址信息
ipv4：struct sockaddr_in;
ipv6：struct sockaddr_in6;
addrlen：地址信息长度
返回值：成功返回0；失败返回-1
3、发送数据
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr* dest_addr, socklen_t addrlen );
sockfd：创建套接字返回的描述符
buf：要发送的数据的空间首地址
len：要发送的数据长度
flag：选项标志0-默认阻塞发送
dest_addr：地址信息长度
addrlen：地址信息长度
返回值：成功返回实际发送的数据字节长度；失败返回-1
4、接收数据
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t *addrlen );
sockfd：创建套接字返回的描述符
buf：一块空间首地址，用于存放从内核获取到的数据
len：要获取的数据长度
flag：选项标志0-默认阻塞发送
src_addr：地址信息长度
*addrlen：这是一个输入输出型参数，指定想要多长地址，返回实际长度
返回值：成功返回实际获取的数据字节长度；失败返回-1
5、关闭套接字
int closes(int fd);
四、字节序转换接口(了解)
小端才需要转换（因为默认大端）
#include<arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//主机-->网络字节序 针对类型32位
uint32_t ntonl(uint32_t netlong);//网络-->主机字节序 针对类型32位
uint16_t htonls(uint16_t hostshort);//主机-->网络字节序 针对类型16位
uint16_t ntonls(uint16_t netshort);//网络-->主机字节序 针对类型16位
//"192.168.1.1"这是IP地址的一种点分十进制形式
//下面俩个只能转换IPv4的地址
in_addr_t inet_addr(const char* cp);//字符串IP地址转换为网络字节序的整数IP
char* inet_ntoa(struct in_addr addr);//网络字节序整数IP到字符串IP地址转换
const char* inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t size);
int inet_pton(int af, const char* src, void* dst);五、TCP通信程序的编写
1、服务端
1.创建套接字
2.为套接字绑定地址信息
3.开始监听：告诉服务器，当前socket可以开始处理连接请求了，如果有客户端发送连接请求过来，服务器会为客户端创建一个新的socket，这个socket专门与指定客户端通信
4.获取新建连接：从已完成连接队列中取出一个新建套接字的描述符，这个描述符对应了指定的socket与指定客户端进行通信
5.收发数据
6.关闭套接字
2、客户端
1.创建套接字
2.为套接字绑定地址信息（不推荐）
3.向服务器发起连接：客户端的tcp套接字也会保存完整的五元组
4.收发数据
5.关闭套接字
3、接口介绍
1.创建套接字
int socket(int domain, int type, int protocol );
domain：地址域类型 AF_INET——IPv4地址域类型
type：套接字类型 SOCK_STREAM —— 提供字节流传输服务
protocol ：协议类型-0 IPPROT_TCP
2.绑定地址信息
int bind(int sockfd, const struct sockaddr*addr, socklen_t addrlen );
sockfd：创建套接字返回的描述符
addr：要绑定的地址信息
ipv4：struct sockaddr_in;
ipv6：struct sockaddr_in6;
addrlen：地址信息长度
返回值：成功返回0；失败返回-1
3.客户端向服务端发起连接
int connect(int sockfd, struct sockaddr* srv_addr, socklen_t addrlen)；
srvaddr：服务器地址信息
返回值：成功返回0；失败返回-1
4.监听
int listen(int sockfd, int backlog );
sockfd：监听套接字描述符
backlog：服务端同一时间并发连接数
补充：syn泛洪攻击，一个恶意的客户端伪造IP地址，向服务器发送大量连接请求，而服务器端会为每一个客户端的新建连接创建一个新的套接字，这样就会让服务器资源耗尽，系统崩溃。
listen的第二个参数限制的是同一时间所能处理的新建连接请求的数量，而不是服务器所能建立的总体连接数量。
5.获取新建连接
从内核的已完成连接队列中取出一个完成连接的socket，并返回描述符
int accept(int listen_sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen );
listen_sockfd：监听套接字，决定了获取的是哪个监听套接字的新建连接
addr：一个地址结构的空间首地址，用于接收新连接的客户端地址信息
&addrlen：用于指定想要获取的地址长度，以及返回实际的长度
返回值：成功返回新建连接的描述符；失败返回-1
6.收发数据
因为tcp通信的套接字中已经包含了完整的五元组了，因此收发数据的时候不需要指定或者获取对端的地址信息了
ssize_t recv(int sockfd, char *buf, int len, int flag)
sockfd：新建套接字描述符
buf：空间首地址用于存放接收的数据
len：要获取的数据长度
flag：选项标志0-默认阻塞发送
返回值：成功返回实际发送的数据字节长度；失败返回-1；断开连接返回0
ssize_t send(int sockfd, char *data, int len, int flag)
sockfd：新建套接字描述符
data：空间首地址用于存放接收的数据
len：要获取的数据长度
flag：选项标志0-默认阻塞发送
返回值：成功返回实际发送的数据字节长度；失败返回-1
7.关闭套接字
关闭套接字的时候，监听套接字基本不关闭，因为服务器要7*24小时在线。而是关闭通信套接字，不想和哪一个客户端通信了，就关闭哪一个通信套接字。
8.问题
当前的服务器在一个执行流中完成多个，有可能会导致流程阻塞的接口：
- accept——获取新建连接，如果没有新建连接就会阻塞
- recv——接收数据，如果没有数据recv就会阻塞
当前的单执行流中要操作的任务太多了，比如：获取新建连接，与指定的客户端通信。
但是因为当前没有业务，而且流程固定，因此服务器就有可能在没有新建连接的时候去accept，在客户端没有发送数据的时候recv。因此服务器与客户端只能通信一次，或者只能与一个客户端持续通信。
解决方案：采用多执行流并发处理
4、多执行流
一个执行流只负责一件事情：主执行流只负责获取新建连接。新建连接获取后，创建新的执行流与指定客户端通信，这样就算一个执行流阻塞了，也不会影响到其他执行流。
1.多进程
稳定——有新连接再创建新的进程。
- 注意僵尸进程的处理（自定义SIGCHLD信号处理）
- 父子进程数据独有，父子进程需要将新建套接字关闭
2.多线程
占用资源少——有新建连接则创建新的线程
- 线程之间共享文件描述符表，不要随便关闭描述符
- 线程入口函数传参需要注意参数的生命周期