2023.6.28 正式开始学习网络编程。 每一章每一节的笔记都会记录在博客中以便复习。
第1章
1.1理解网络编程和套接字
网络编程又叫套接字编程。所谓网络编程，就是编写程序使两台连网的计算机相互交换数据。 为什么叫套接字编程？ 我们平常将插头插入插座上就能从电网中获取电力，同样的道理，为了与远程计算机进行数据传输，需要连接到因特网，而编程中的“套接字”就是用来链接网络的工具。
服务器端创建的套接字又叫服务器端套接字或者监听套接字。 其请求连接的套接字创建过程分为四步：
- 调用socket函数创建套接字
- 调用bind函数分配IP地址和端口号
- 调用listen函数转为可接受请求状态
- 调用accept函数受理连接请求
请求连接的客户端套接字创建过程如下两步：
- 调用socket函数创建套接字
- 调用connect函数向服务器端发送连接请求
值得注意的是：创建完套接字，并不会马上区分为服务器端或客户端。 如果接下来紧接着调用bind、listen等函数则成为服务器端套接字；如果调用connect函数则称为客户端套接字。
接下来在linux环境中编译并执行上述两个实例：hello_server.c文件和hello_client.c文件。
分别对客户端和服务端程序进行编译：
gcc hello_server.c -o hserver
gcc hello_client.c -o hclient该命令中的-o是用来指定可执行文件名的可选参数，因此，编译后将生成可执行文件hserver和hclient。
运行：
./hserver 9190
./hclient 127.0.0.1 9190运行的时候，首先在 9190 端口启动服务，然后 heserver 就会一直等待客户端进行响应，当客户端监听位于本地的 IP 为 127.0.0.1 的地址的9190端口时，客户端就会收到服务端的回应，输出`Hello World!`。
ps：执行过程中输入的127.0.0.1是本地计算机的IP地址。 如果在同一台计算机中同时运行服务器端和客户端，将采用这种连接方式。 但如果服务器端和客户端在不同计算机中运行，则应采用服务器端所在计算机的IP地址。
1.2基于Linux的文件操作
底层访问和文件描述符
在linux中，socket也是文件的一种，因此在网络数据传输过程中可以使用文件I/O相关的函数。而Windows需要区分socket和文件，因此在Windows中需要调用特殊的数据传输相关函数。
每当生成文件或套接字，操作系统将返回分配给他们的整数，（即文件描述符），这个整数将成为程序员与操作系统之间良好沟通的渠道，实际上，文件描述符是为了方便称呼系统创建的文件或套接字而赋予的数。 文件描述符也成为文件句柄，“句柄”是Windows中的术语，Linux平台则使用“描述符”。
打开文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int flag);
/*
成功时返回文件描述符，失败时返回-1
path : 文件名的字符串地址
flag : 文件打开模式信息
*/关闭文件
#include <unistd.h>
int close(int fd);
/*
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
fd : 需要关闭的文件或套接字的文件描述符
*/若调用此函数同时传递文件描述符参数，则关闭（终止）响应文件。另外需要注意的是，此函数不仅可以关闭文件，还可以关闭套接字。再次证明了「Linux 操作系统不区分文件与套接字」的特点。
将数据写入文件
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回写入的字节数 ，失败时返回 -1
fd : 显示数据传输对象的文件描述符
buf : 保存要传输数据的缓冲值地址
nbytes : 要传输数据的字节数
*/在此函数的定义中，size_t 是通过 typedef 声明的 unsigned int 类型。对 ssize_t 来说，ssize_t 前面多加的 s 代表 signed ，即 ssize_t 是通过 typedef 声明的 signed int 类型。
创建新文件并保存数据：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
void error_handling(char *message);
int main()
{
int fd;
char buf[] = "Let's go!\n";
// O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC 是文件打开模式，将创建新文件，并且只能写。如存在 data.txt 文件，则清空文件中的全部数据。
fd = open("data.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
if (fd == -1)
error_handling("open() error!");
printf("file descriptor: %d \n", fd);
// 向对应 fd 中保存的文件描述符的文件传输 buf 中保存的数据。
if (write(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
error_handling("write() error!");
close(fd);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
} 运行后会生成一个data.txt的文件，里面有Let's go!
读取文件中的数据
与之前的write()函数相对应，read()函数用来输入（接收）数据：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回接收的字节数（但遇到文件结尾则返回 0），失败时返回 -1
fd : 显示数据接收对象的文件描述符
buf : 要保存接收的数据的缓冲地址值。
nbytes : 要接收数据的最大字节数
*/下面代码通过 read() 函数读取 data.txt 中保存的数据：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *message);
int main()
{
int fd;
char buf[BUF_SIZE];
fd = open("data.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1)
error_handling("open() error!");
printf("file descriptor: %d \n", fd);
if (read(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
error_handling("read() error!");
printf("file data: %s", buf);
close(fd);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}实验结果：
low.open.c创建文件并保存文件数据，运行之后返回文件描述符3。用cat命令输出data.txt的文件内容，可以确认确实向文件传输了数据。
low.read.c程序则通过read函数读取了data.txt中保存的数据。运行之后打印文件描述符以及文件的内容。
fd_seri.c 程序同时创建文件和套接字：
fd1 = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fd2 = open("test.dat", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
fd3 = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
然后分别打印其文件描述符得到3、4、5，描述符从3开始以由小到大的顺序编号，因为0、1、2是分配给标注能I/O的描述符。如下图：
1.5 习题
1.套接字在网络编程中的作用是什么?为何称它为套接字?
套接字是一种用于在网络上进行通信的编程接口。套接字允许不同计算机上的进程通过网络进行数据传输。它提供了一种机制，使得计算机之间可以建立连接、发送和接收数据。套接字使得应用程序能够利用网络进行通信，实现客户端和服务器之间的数据交换。
它被称为套接字，是因为它类比于电话通信中的插座，作为网络通信的端点连接点。
2.在服务器端创建套接字后，会依次调用listen函数 和accept函数。请比较并说明二者作用。
listen函数用于将套接字设置为被动监听模式，以接受客户端的连接请求。
accept函数用于接受客户端的连接请求，并创建一个新的套接字来处理与该客户端的通信。
3.Linux中，对套接字数据进行I/O时可以直接使用文件I/O相关函数;而在Windows中则不可以，原因为何？
这是因为在Unix-like系统中，包括Linux，一切皆文件的思想被广泛采用，将各种资源（包括套接字）都抽象为文件描述符的形式，统一了数据的读写接口。
然而，在Windows操作系统中，套接字不被视为文件描述符，因此不能直接使用文件I/O相关函数进行数据的读写操作。
4.创建套接字后一般会给它分配地址， 为什么?为了完成地址分配需要调用哪个函数?
在网络编程中，创建套接字后需要给它分配地址，主要是为了使其他计算机能够找到并与该套接字建立连接。通过分配地址，可以指定套接字的IP地址和端口号，从而唯一标识该套接字在网络中的位置。
为了完成地址分配，需要调用bind函数。bind函数用于将套接字与特定的IP地址和端口号进行绑定。