Linux下的高性能輕量級Web伺服器（一）

1.讓伺服器監聽客戶端的連接請求 1.1 代碼塊 #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define BUFFER_LEN 1 ...

1.讓伺服器監聽客戶端的連接請求

1.1 代碼塊

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define BUFFER_LEN 1024
#define Max_Client_Num 32
#define port 8080

int main()
{
    /* 創建監聽socket文件描述符 */
    int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listenfd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 創建監聽socket的TCP/IP的IPV4 socket地址 */
    struct sockaddr_in address;
    /* 將address指向的記憶體塊清零 */
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  /* INADDR_ANY：將套接字綁定到所有可用的介面 */
    address.sin_port = htons(port); /* port：埠號 */

    int flag = 1;
    /* setsockopt設置socket選項，SO_REUSEADDR 允許埠被重覆使用 */
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag));
    /* 綁定socket和它的地址 */
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) == -1)
    {
        perror("bind");
        return -1;
    }
    /* 創建監聽隊列以存放待處理的客戶連接，在這些客戶連接被accept()之前 */
    if (listen(listenfd, Max_Client_Num))
    {
        perror("listen");
        return -1;
    }

    return 0;
}

socket函數：int socket(int domain, int type, int protocol)

domain即協議域(族)，常用的協議族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）等等（也可以使用PF首碼，AF_* 和 PF_* 有完全相同的值，所以二者經常混用）。domain決定了socket的地址類型，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與埠號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。

type 為數據傳輸方式/套接字類型，常用的有 SOCK_STREAM（流格式套接字/面向連接的套接字）和 SOCK_DGRAM（數據報套接字/無連接的套接字）。兩種套接字的區別。

protocol 表示傳輸協議，是在前兩個參數構成的協議集合下，再選擇一個具體的傳輸協議，這個值通常都是唯一的（前兩個參數已經完全決定了它的值）。幾乎在所有情況下，我們都應該把它設置為0，表示使用預設值（讓系統自動推演出使用哪種協議）。

該函數成功時返回一個socket文件描述符，失敗則返回-1並設置errno。

socket地址

1)理解socket地址
   假設小明想給女神打電話，需要知道對方的電話號碼才能進行溝通，而我們進行網路通信也需要先知道對方的socket地址。
   在網路通信中，socket地址最關鍵的兩部分為：（ip，port），即IP地址和port埠號，比如一個網路地址為210.177.200.192：8000，通過IP地址210.177.200.192在網路中找到該電腦，再通過埠號8000與該電腦上對應的應用程式進行通信。

2)通用socket地址
   socket網路編程用介面中表示socket地址的是結構體sockaddr，其定義如下：
#include <bits/socket.h>
struct sockaddr
{
   sa_family_t sa_family; /* sa_family是地址族類型的變數 */
   char sa_data[14]; /* 14位元組，存放socket地址值，ip地址和埠號 */
};
   因為14位元組的sa_data無法完全容納多數協議族的地址值。因此，Linux定義了新的通用socket地址結構體：
struct sockaddr_storage
{
   sa_family_t sa_family; // 地址族
   unsigned long int __ss_align; // 用於記憶體對齊
   char __ss_padding[128-sizeof(__ss_align)]; // 提供足夠大的空間用於存放地址值
};
   但一般不直接用通用socket結構體，因為用的會蛋疼，需要執行繁瑣的位操作。
註意: sockaddr_storage結構體往往用於事先不知道地址族的類型這一情況，因為它能夠承載系統支持的任何socket地址結構體。

3)專用socket地址
   因為通用socket地址非常不好使用，所以Linux為各個協議族提供了專門的socket地址結構體。
UNIX本地域協議族使用如下專用socket地址結構體：
#include <sys/un.h>
struct sockaddr_un
{
   sa_family_t sin_family; /* 地址族：AF_UNIX */
   char sun_path[108]; /* 文件路徑名 */
};
TCP/IP協議族有sockaddr_in和sockaddr_in6兩個專用socket地址結構體，它們分別用於IPv4和IPv6：
struct sockaddr_in
{
   sa_family_t sin_family; /* 地址族:AF_INET */
   u_int16_t sin_port; /* 埠號,要用網路位元組序表示 */
   struct in_addr sin_addr; /* IPv4地址結構體,見下麵 */
};
struct in_addr
{
   u_int32_t s_addr; /* IPv4地址,要用網路位元組序表示 */
};

struct sockaddr_in6
{
   sa_family_t sin6_family; /* 地址族:AF_INET6 */
   u_int16_t sin6_port; /* 埠號,要用網路位元組序表示 */
   struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6地址結構體 */
   u_int32_t sin6_flowinfo; /* 流信息,應設置為0 */
   u_int32_t sin6_scope_id; /* scope ID */
};
struct in6_addr
{
   unsigned char sa_addr[16]; /* IPv6地址,要用網路位元組序表示 */
};
註意：所有專用socket地址（以及sockaddr_storage）類型的變數在實際使用時都需要轉化為通用socket地址類型sockaddr(強制轉換即可)，因為所有socket編程介面使用的地址參數的類型都是sockaddr。

**socket選項：int setsockopt( int socket, int level, int option_name,const void *option_value, socklen_t ，option_len)**

sockfd參數指定被操作的目標socket。level參數指定要操作哪個協議的選項，比如IPv4、IPv6、TCP等。option_value參數則指定選項的名字。常用的選項有SO_REUSEADDR、SO_RCVBUF、SO_SNDBUF、SO_RCVLOWAT、SO_SNDLOWAT、SO_LINGER選項。option_value和option_len參數分別是被操作選項的值和長度。

htonl(), ntohl(), htons(), ntohs() 函數

瞭解這四個函數功能前，應先知道什麼是大端/小端位元組序。例如一個int類型的數占4位元組（可以理解為由四部分二進位數組成了這個int類型的數），這四部分在記憶體中的排列順序就是位元組序問題。位元組序分為大端位元組序（big endian）和小端位元組序（little endian）。
大端位元組序是指一個整數的高位位元組（23 ~ 31bit）存儲在記憶體的低地址處，低位位元組（0 ~ 7bit）存儲在記憶體的高地址處。小端位元組序則相反，高位位元組存儲在記憶體的高地址處，低位位元組存儲在記憶體的低地址處。
例如 0x1234567 的大端位元組序和小端位元組序如下圖所示：

在兩台使用不同位元組序的主機之間直接傳遞時，接收端必然會錯誤的解釋信息。解決辦法就：發送端總把數據轉化為大端位元組序數據後再發送，而接收端可根據自身的位元組序決定是否對接收的數據進行轉換。
Linux提供了以下四個函數來完成大端位元組序（也叫網路位元組序）和小端位元組序（主機位元組序）的轉換：
unsigned long int htonl(unsigned lont int hostlong);
unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);
unsigned long int ntohl(unsigned lont int netlong);
unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);
它們的含義非常明確，例如htonl表示“ host to network long ” ，即將長整型（32bit）的主機位元組序轉化為網路位元組序。長整型函數通常用來轉換IP地址，短整型函數用來轉換埠號（任何格式化的數據通過網路傳輸時，都應該使用這些函數來轉換位元組序）。

**bind函數：int bind ( int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen )**

   將一個socket與socket地址綁定稱為給socket命名。在伺服器程式中，通常需要命名socket，因為只有命名後客戶端才能知道如何連接它。客戶端則通常不需要命名socket，而是採用匿名的方式，即使用操作系統自動分配的socket地址。
   命名socket的方法則是採用bind函數，bind將addr所指的socket地址分配給未命名的sockfd文件描述符，addrlen參數指出該socket地址的長度。
   bind成功時返回0，失敗時返回-1並設置errno。其中常見的errno是EACCES和EADDRINUSE。
   EACCES表示被綁定的地址是受保護的地址，僅超級用戶能夠訪問，比如普通用戶將socket綁定到知名服務埠（0~1023）上。
   EADDRINUSE表示被綁定的地址正在使用中。

listen函數：int listen ( int sockfd, int backlog )

   socket被命名後，還不能馬上接收客戶連接，我們需要使用listen函數來創建一個監聽隊列以存放待處理的客戶連接。
   sockfd參數指定被監聽的socket。backlog參數表示監聽隊列的最大長度。監聽隊列的長度如果超過backlog，伺服器將不受理新的客戶連接，客戶端也會收到ECONNREFUSED錯誤信息。在Linux內核＞2.2之後的版本中，backlog只表示處於完全連接狀態的socket的上限。
   listen成功時返回0，失敗則返回-1並設置errno。