UNIX IPC工具使用總結 裏介紹了socket是一種用於通信的IPC工具。它允許位於同一主機或跨主機上的應用程序之間交換數據。第一個被廣泛接受的socket API實現於1983年，出現在4.2BSD中，實際上這組API已經被移植到了所有UNIX實現以及大多數操作系統上。
概述
在一個典型的C/S場景中，應用程序使用socket進行通信的方式如下：
- 各個應用程序創建一個socket。socket是一個允許通信的“設備”，兩個應用程序都需要用到它。
- 服務器將自己的socket綁定到一個衆所周知的地址上，使得客戶端能夠定位到它的位置。
// 使用socket系統調用，能夠創建一個socket，它返回一個用來在後續系統調用中引用該socket的文件描述符
fd = socket(domain, type, protocol);通信domain
socket存在於一個通信domain中，它確定：
- 識別出一個socket的方法，即，socket“地址”的格式。
- 通信範圍，即，在位於同一主機上的應用程序之間，還是位於跨主機的應用程序之間。
現代操作系統至少支持下列domain：
- UNIX（AF_UNIX）domain
允許在同一主機上的應用程序之間進行通信。
POSIX.1g使用
AF_LOCAL作爲AF_UNIX的同義詞，但是SUSv3並沒有使用這個名稱。
IPv4（AF_INET）domain
允許在使用IPv4網絡連接起來的主機上的應用程序之間進行通信。IPv6（AF_INET6）domain
允許在使用IPv6網絡連接起來的主機上的應用程序之間進行通信。
儘管IPv6被設計成了IPv4的接任者，但目前後一種協議仍然是使用最廣的協議。
總結
| domain | 執行的通信 | 應用程序間的通信 | 地址格式 | 地址結構 |
|---|---|---|---|---|
| AF_UNIX | 內核中 | 同一主機 | 路徑名 | sockaddr_un |
| AF_INET | IPv4 | IPv4連接起來的主機 | 32位IPv4地址 ＋ 16位端口號 | sockaddr_in |
| AF_INET6 | IPv6 | IPv6連接起來的主機 | 128位IPv6地址 ＋ 16位端口號 | sockaddr_in6 |
socket類型
每個socket實現都至少提供了兩種socket：流和數據報。這兩種socket類型在UNIX和Internet domain中都得到了支持。
| 屬性 | 流 | 數據報 |
|---|---|---|
| 可靠的傳遞？ | YES | NO |
| 消息邊界保留？ | NO | YES |
| 面向連接？ | YES | NO |
流socket（SOCK_STREAM）
流socket提供了一個可靠的雙向的字節流通信信道。
可靠的
表示可以保證發送者傳輸的數據會完整無缺地到達接收應用程序（假設網絡連接和接收者都不會崩潰），或收到一個傳輸失敗的通知。雙向的
表示數據可以在兩個socket之間的任意方向上傳輸。字節流
表示與管道一樣不存在消息邊界的概念。
一個
流socket類似於使用一對允許在兩個應用程序之間進行雙向通信的管道，它們之間的差別在於socket（Internet domain）允在在網絡上進行通信。
數據報socket（SOCK_DGRAM）
數據報socket允許數據以被稱爲數據報的消息的形式進行交換。在數據報socket中，消息邊界得到了保留，但是數據傳輸是不可靠的，消息的到達可能是無序的，重複的，或者根本就無法達到。
數據報socket是更一般的無連接socket。與流socket不同，一個數據報socket在使用時無需與另一個socket連接。
注意：數據報socket可以與另一個socket連接，但其語義與連接的流socket是不同的。
對比
在Internet domain中：
| 類型 | 協議 | 名稱 |
|---|---|---|
| 流socket | 傳輸控制協議TCP | TCP socket |
| 數據報socket | 數據報協議UDP | UDP socket |
socket系統調用
關鍵的socket系統調用包括：
| 系統調用 | 描述 |
|---|---|
| socket() | 創建一個新的socket |
| bind() | 將一個socket綁定到一個地址上。通常，服務器需要使用這個調用來將其socket綁定到一個衆所周知的地址上，使得客戶端能夠定位到該socket上。 |
| listen() | 允許一個流socket接收來自其他socket的接入連接。 |
| accept() | 在一個監聽socket上接收來自一個對等應用程序的連接，並可選地返回對等socket的地址。 |
| connet() | 建立與另一個socket之間的連接 |
在大多數Linux架構上（除了Alpha和IA-64），所有這些socket系統調用實際上被實現成了通過單個系統調用
socketcall()進行多路複用的庫函數（最初的時候）。但是，上述函數都被稱爲系統調用，是因爲它們在最初的BSD實現，以及其他很多同時代的UNIX實現上，是被作爲系統調用實現的。
socket I/O可以使用傳統的read()和write()系統調用使用，或使用一組socket特有的系統調用，如，send()，recv()，sendto()，recvfrom()來完成。
注意：在默認情況下，這些系統調用在I/O操作無法被立即完成時會阻塞。通過使用fcntl()的F_SETFL操作來啓用O_NONBLOCK打開文件狀態標記可以執行非阻塞I/O。
流socket注意事項
流socket的運作與電話系統類似。具體流程可以參考TCP連接建立和終止及TCP狀態轉換 。在大多數使用流socket的應用程序中，服務器會執行被動打開，而客戶端會執行主動式打開。
#include <sys/socket.h>
// return file descriptor on success, or -1 on error
int socket(int domain, int type, int protocol);
// return 0 on success, or -1 on error
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// 通用的地址結構（所有domain特定的地址結構模版），用途是，將各種domain特定的地址結構轉換成單個類型，以供socket系統調用中的各個參數適用
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* Address family (AF_* constant) */
char sa_data[14]; /* Socket address (size varies according to socket domain) */
}
// return 0 on success, or -1 on error
int listen(int sockfd, int backlog);
// return file descriptor on success, or -1 on error
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
// return 0 on success, or -1 on error
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);- socket()接口中，protocol參數通常爲0，在裸socket（SOCK_RAW）中，會將protocol指定爲IPPROTO_RAW。
從內核2.6.27開始，Linux爲type參數提供了第二種用途，即允許兩個非標準的標記與socket類型取OR。
除了將一個服務器的socket綁定到一個衆所周知的地址，對於一個Internet domain socket來講，服務器可以不調用bind()而直接調用listen()，這將會導致內核爲該socket選擇一個
臨時端口。之後服務器可以使用getsockname()來獲取socket的地址。無法在一個已連接的socket（即，已經成功執行connect()的socket，或由accept()返回的socket）上執行listen()。
理解
backlog參數的用途。
客戶端可能會在服務器調用accept()之前調用connect()，這將會產生一個未決的連接。內核必須要記錄所有未決的連接請求的相關信息，這樣後續的accept()就能夠處理這些請求。backlog參數允許
限制這種未決連接的數量。在這個限制內的連接請求會立即成功，之外的連接請求就會阻塞直到一個未決的連接被accept()接受，並從未決連接隊列刪除爲止。SUSv3規定實現應該通過在
<sys/socket.h>中定義SOMAXCONN常量來發布這個限制。在Linux上，這個常量的值被定義爲128。但是，從2.4.25內核起，Linux允許在運行時通過/proc/sys/net/core/somaxconn文件來調整這個限制。在最初的BSD socket實現中，backlog的上限是5，並且在較早的代碼中可以看到這個數值。但是，所有現代實現允許爲backlog指定更高的值，這對於使用TCP socket服務大量客戶的網絡服務器來講是由必要的。
- accept()通過文件描述符sockfd監聽流socket上接受一個接入連接，如果在調用accept()時不存在未決的連接，那麼調用就會阻塞直到有連接請求到達爲止。傳入accept()的剩餘參數會返回對端socket的地址。如果不關心對等socket的地址，可以將addr和addrlen分別指定爲NULL和0（後續可以通過
getpeername()）來獲取對端的地址。
理解accept的關鍵：它會創建一個新socket，並且正是這個新socket會與執行connect()的對等socket進行連接。accept()返回的函數結果是已連接的socket的文件描述符。
從內核2.6.28開始，Linux支持一個新的非標準系統調用accept4()。這個系統調用執行的任務與accept()相同，但是，支持一個額外的參數flags，而這個參數可以用來改變系統調用的行爲。目前系統支持兩個標記：SOCK_CLOEXEC和SOCK_NONBLOCK。
- 如果connect()失敗並且希望重新進行連接，那麼SUSv3規定完成這個任務的可移植的方法是關閉這個socket，創建一個新socket，在該新socket上重新進行連接。
數據報socket注意事項
數據報socket的運作類似於郵政系統。
// return number of bytes received, 0 on EOF, or -1 on error
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buffer, size_t length, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
// return number of bytes sent, or -1 on error
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buffer, size_t length, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);不管length的參數值是什麼，recvfrom()只會從一個數據報socket中讀取一條消息。如果消息的大小超過了length字節，那麼消息會被靜默地截斷爲length字節。
在Linux上可以使用sendto()發送長度爲0的數據報，但不是所有的UNIX實現都允許這樣做。
儘管數據報socket是
無連接的，但在數據報socket上應用connect()仍然是有效的。在數據報socket上調用connect()會導致內核記錄這個socket()的對等socket的地址。
當一個數據報socket已連接之後：
1. 數據報的發送可在socket上使用write()或send()來完成，與sendto()一樣，每個write()會發送一個獨立的數據報。
2. 在這個socket上只能讀取由對等socket發送的數據報。
- 注意，connect()的作用對數據報socket是
不對稱的。通過再發起一個connect()可以修改一個已連接的數據報socket的對等socket。
總結
爲了一個數據報socket設置一個對等socket，這種做法的一個明顯優勢是在該socket上傳輸數據時可以使用更簡單的I/O系統調用，即，無需使用指定了dest_addr和addrlen參數的sendto()，而只需要使用write()即可。設置一個對等socket主要對那些需要單個對等socket發送多個數據報的應用程序是比較有用的。
在一些TCP/IP實踐中，將一個數據報socket連接到一個對等socket能夠帶來性能上的提升。