Linux网络编程之UDP套接字

时间:2022-12-18 00:24:15

       udp协议是面向数据报的,无连接不可靠的传输层协议,因为udp无连接,因此实现udp socket不需要监听也不需要连接。在实现tcp socket时,其中的收发数据可以当做文件,通过read和write来读取(TCP是面向字节流的),而udp是面向数据报的协议,收发的单位都是数据报,需要采用专门的函数:

Linux网络编程之UDP套接字

udp socket编程:

udp_server.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local))<0)
{
perror("bind");
return 2;
}

char buf[1024];
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
while(1)
{
ssize_t s = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf)-1, \
0, (struct sockaddr*)&client, &len);
if(s > 0)
{
printf("[%s: %d]# %s\n", inet_ntoa(client.sin_addr), \
ntohs(client.sin_port), buf);
sendto(sock, buf, strlen(buf), 0, \
(struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
}
}
return 0;
}

udp_client.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}
struct sockaddr_in server;
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);


char buf[1024];
char *msg = "hello world";
while(1)
{
sendto(sock, msg, strlen(msg), 0, \
(struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
struct sockaddr_in tmp;
socklen_t len = sizeof(tmp);
ssize_t s = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf)-1, \
0, (struct sockaddr*)&tmp, &len);
if(s > 0)
{
printf("%s\n", buf);
}
sleep(5);
}
return 0;
}

运行结果:

Linux网络编程之UDP套接字


然而,因为udp是无连接不可靠的,那么就需要在应用层设置一些功能使udp较为可靠,这里可以利用信号实现简单的超时重传:

在规定的时间内,若没有收到sendto的信息,我们就认为数据包丢失,打破recvfrom的阻塞式等待,设置一个闹钟定时器alarm,当收到SIGALRM信号时,程序中断,转去处理中断响应函数,通知客户端进行重传;

Linux网络编程之UDP套接字

功能:从调用该函数开始,seconds秒之后向进程发送一个SIGALRM信号

仅仅只是这样是不够的!!!

看到这里也许你以为一切都解决了,但是还有一个容易被人忽视的问题:在Linux中,默认处理中断的方式是: 
当从中断调用返回时,继续执行被中断的系统调用(用在刚才说的例子上就是:继续recvfrom……)这种默认处理方式大多数时候很有用,但是我们这里就不行了,那这个问题怎么解决呢?要解决这个问题,就不能单纯的用signal函数去设置中断处理程序了,而是要用另一个函数:sigaction

Linux网络编程之UDP套接字

功能:拦截下signum消息,用act所给的方式处理,将原来的处理方式放在oldact中(一般oldact设为NULL);

参数: 
signum:需要拦截的消息,这里是SIGALRM; 
act:处理中断的方式,是一个结构体,后面会介绍这结构体; 
oldact:用来存储原来的处理方式,一般为NULL,表示忽略;

结构体:struct sigaction介绍:

struct sigaction 

void (*sa_handler)(int); 
sigset_t sa_mask; 
int sa_flags; 
void (*sa_restorer)(void); 

成员:第一个sa_handler就是中断处理程序的入口,比如:要用alarm程序处理这个中断,就将此值设为alarm; 
sa_mask:表示在中断处理中要屏蔽的中断; 
sa_flags:这是很关键的东西~它包含了一些影响中断处理过程方式的标志,具体取值如下: 
SA_NOCLDSTOP:这表示如果所处理的中断是SIGCHLD,由于收到其他信号而导致了子进程终止,将不发送SIG_CHLD; 
SA_ONESHOT or SA_RESETHAND:sa_handler所指向的中断处理程序只被执行一次,之后将设为默认的中断处理程序; 
SA_RESTART:让被处理的系统调用在中断返回后重新执行; 
SA_NOMASK or SA_NODEFFER(这就是我们要用的):在中断处理程序执行时,不屏蔽自己的中断信号;在处理此信号未结束前不理会此信号的再次到来。

signal与sigaction函数区别: 
signal是重启动函数,超时以后会自动启动已阻塞的函数,而不是中断它的执行,比如recvfrom,给人的感觉就是使用了alarm,程序依然阻塞在了recvfrom上,不往下执行,如果在信号处理函数中使用printf可以看到超时后输出了一条超时信息,然后signal又启动了recvfrom,继续阻塞。sigaction可以自己设置是否重启动函数,即上面例子中的alrmact.sa_flags = SA_NOMASK选项,SA_NOMASK为不重启动,中断已阻塞的函数recvfrom,使程序继续往下执行,SA_RESTART为重启动函数,与signal相同,继续阻塞在recvfrom上。

改进后的udp_server.c:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
int sock;

//打印输入提示选项
static void* usage(const char* port){
printf("usage: %s [local_ip] [local_port]\n",port);
}

//中断处理函数
void alarm_handler(int sigon)
{
char* m = "please input again\n";
printf("alarm interrupt\n");
//给客户端发送重发消息
sendto(sock,m,strlen(m),0,(struct sockaddr*)&client,len);
}

int main(int argc,char* argv[]){
if(argc!=3){
usage(argv[0]);
return 1;
}

//创建套接字
sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sock<0){
perror("socket");
exit(1);
}

//将套接字与ip地址和端口号进行绑定
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){
perror("bind");
exit(2);
}

char buf[1024];

//设置中断处理
struct sigaction alr;
alr.sa_handler = alarm_handler;
alr.sa_flags = SA_NOMASK;
alr.sa_restorer = NULL;

char* msg = "my name is h";
while(1){

//设置闹钟,当超过10s没有收到消息,则认为数据报丢失,发送SIGALRM信号
alarm(10);

//捕获SIGALRM信号
sigaction(SIGALRM,&alr,NULL);
//读取数据
int r = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);
if(r<0){
perror("recvfrom");
exit(3);
}else{
buf[r] = 0;
printf("%s\n",buf);
//回送数据
if(sendto(sock,msg,strlen(msg),0,(struct sockaddr*)&client,len)<0){
perror("sendto");
exit(4);
}
alarm(0);//当数据报传输成功时,这是闹钟没有用处了,关闭闹钟
}

}
return 0;
}