Proxy源代码分析谈谈如何学习linux网络编程络编程.docx
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Proxy源代码分析谈谈如何学习linux网络编程络编程
Proxy源代码分析--谈谈如何学习linux网络编程
linux是一个可靠性非常高的操作系统，但是所有用过Linux的朋友都会感觉到，Linux和Windows这样的"傻瓜"操作系统（这里丝毫没有贬低Windows的意思，相反这应该是Windows的优点）相比，后者无疑在易操作性上更胜一筹。
但是为什么又有那么多的爱好者钟情于Linux呢，当然自由是最吸引人的一点，另外Linux强大的功能也是一个非常重要的原因，尤其是Linux强大的网络功能更是引人注目。
放眼今天的WAP业务、银行网络业务和曾经红透半边天的电子商务，都越来越倚重基于Linux的解决方案。
因此Linux网络编程是非常重要的，而且当我们一接触到Linux网络编程，我们就会发现这是一件非常有意思的事情，因为以前一些关于网络通信概念似是而非的地方，在这一段段代码面前马上就豁然开朗了。
在刚开始学习编程的时候总是让人感觉有点理不清头绪，不过只要多读几段代码，很快我们就能体会到其中的乐趣了。
下面我就从一段Proxy源代码开始，谈谈如何进行Linux网络编程。
首先声明，这段源代码不是我编写的，让我们感谢这位名叫CarlHarris的大虾，是他编写了这段代码并将其散播到网上供大家学习讨论。
这段代码虽然只是描述了最简单的proxy操作，但它的确是经典，它不仅清晰地描述了客户机/服务器系统的概念，而且几乎包括了Linux网络编程的方方面面，非常适合Linux网络编程的初学者学习。
这段Proxy程序的用法是这样的，我们可以使用这个proxy登录其它主机的服务端口。
假如编译后生成了名为Proxy的可执行文件，那么命令及其参数的描述为：
./Proxy
其中参数proxy_port是指由我们指定的代理服务器端口。
参数remote_host是指我们希望连接的远程主机的主机名，IP地址也同样有效。
这个主机名在网络上应该是唯一的，如果您不确定的话，可以在远程主机上使用uname-n命令查看一下。
参数service_port是远程主机可提供的服务名，也可直接键入服务对应的端口号。
这个命令的相应操作是将代理服务器的proxy_port端口绑定到remote_host的service_port端口。
然后我们就可以通过代理服务器的proxy_port端口访问remote_host了。
例如一台计算机，网络主机名是legends，IP地址为10.10.8.221，如果在我的计算机上执行：
[root@lee/root]#./proxy8000legendstelnet
那么我们就可以通过下面这条命令访问legends的telnet端口。
-----------------------------------------------------------------
[root@lee/root]#telnetlegends8000
Trying10.10.8.221...
Connectedtolegends（10.10.8.221）.
Escapecharacteris'^]'
RedHatLinuxrelease6.2（Zoot）
Kernel2.2.14-5.0onani686
Login:
-----------------------------------------------------------------
上面的绑定操作也可以使用下面的命令：
[root@lee/root]#./proxy800010.10.8.22123
23是telnet服务的标准端口号，其它服务的对应端口号我们可以在/etc/services中查看。
下面我就从这段代码出发谈谈我对Linux网络编程的一些粗浅的认识，不对的地方还请各位大虾多多批评指正。
◆main（）函数
-----------------------------------------------------------------
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineTCP_PROTO "tcp"
intproxy_port; /*porttolistenforproxyconnectionson*/
structsockaddr_inhostaddr; /*hostaddrassembledfromgethostbyname（）*/
externinterrno; /*definedbylibc.a*/
externchar*sys_myerrlist[];
voidparse_args（intargc,char**argv）;
voiddaemonize（intservfd）;
voiddo_proxy（intusersockfd）;
voidreap_status（void）;
voiderrorout（char*msg）;
/*Thisismymodification.
I'lltellyouwhywemustdothislater*/
typedefvoidSignal（int）;
/****************************************************************
function:
main
description:
Mainleveldriver.Afterdaemonizingtheprocess,asocketisopenedtolistenfor connectionsontheproxyport,connectionsareacceptedandchildrenarespawnedto handleeachnewconnection.
arguments:
argc,argvyouknowwhatthoseare.
returnvalue:
none.
calls:
parse_args,do_proxy.
globals:
readsproxy_port.
****************************************************************/
main（argc,argv）
intargc;
char**argv;
{
intclilen;
intchildpid;
intsockfd,newsockfd;
structsockaddr_inservaddr,cliaddr;
parse_args（argc,argv）;
/*prepareanaddressstructtolistenforconnections*/
bzero（（char*）&servaddr,sizeof（servaddr））;
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl（INADDR_ANY）;
servaddr.sin_port=proxy_port;
/*getasocket...*/
if（（sockfd=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0））<0）{
fputs（"failedtocreateserversocket\r\n",stderr）;
exit
（1）;
}
/*...andbindouraddressandporttoit*/
if （bind（sockfd,（structsockaddr_in*）&servaddr,sizeof（servaddr））<0）{
fputs（"faildtobindserversockettospecifiedport\r\n",stderr）;
exit
（1）;
}
/*getreadytoacceptwithatmost5clientswaitingtoconnect*/
listen（sockfd,5）;
/*turnourselvesintoadaemon*/
daemonize（sockfd）;
/*fallintoalooptoacceptnewconnectionsandspawnchildren*/
while
（1）{
/*acceptthenextconnection*/
clilen=sizeof（cliaddr）;
newsockfd=accept（sockfd,（structsockaddr_in*）&cliaddr,&clilen）;
if（newsockfd<0&&errno==EINTR）
continue;
/*asignalmightinterruptouraccept（）call*/
elseif（newsockfd<0）
/*somethingquiteamiss--killtheserver*/
errorout（"failedtoacceptconnection"）;
/*forkachildtohandlethisconnection*/
if（（childpid=fork（））==0）{
close（sockfd）;
do_proxy（newsockfd）;
exit（0）;
}
/*iffork（）failed,theconnectionissilentlydropped--oops!
*/
lose（newsockfd）;
}
}
-----------------------------------------------------------------
上面就是Proxy源代码的主程序部分，也许您在网上也曾经看到过这段代码，不过细心的您会发现在上面这段代码中我修改了两个地方，都是在预编译部分。
一个地方是在定义外部字符型指针数组时，我将原代码中的
externchar*sys_errlist[];
修改为
externchar*sys_myerrlist[];原因是在我的Linux环境下头文件"stdio.h"已经对sys_errlist[]进行了如下定义：
extern__constchar*__constsys_errlist[];
也许CarlHarris在94年编写这段代码时系统还没有定义sys_errlist[]，不过现在我们不修改一下的话，编译时系统就会告诉我们sys_errlist发生了定义冲突。
另外我添加了一个函数类型定义：
typedefvoidSigfunc（int）;
具体原因我将在后面向大家解释。
套接字和套接字地址结构定义
这段主程序是一段典型的服务器程序。
网络通讯最重要的就是套接字的使用，在程序的一开始就对套接字描述符sockfd和newsockfd进行了定义。
接下来定义客户机/服务器的套接字地址结构cliaddr和servaddr，存储客户机/服务器的有关通信信息。
然后调用parse_args（argc,argv）函数处理命令参数。
关于这个parse_args（）函数我们待会儿再做介绍。
创建通信套接字
下面就是建立一个服务器的详细过程。
服务器程序的第一个操作是创建一个套接字。
这是通过调用函数socket（）来实现的。
socket（）函数的具体描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include
#include
intsocket（intdomain,inttype,intprotocol）;
-----------------------------------------------------------------
参数domain指定套接字使用的协议族，AF_INET表示使用TCP/IP协议族，AF_UNIX表示使用Unix协议族，AF_ISO表示套接字使用ISO协议族。
type指定套接字类型，一般的面向连接通信类型（如TCP）设置为SOCK_STREAM，当套接字为数据报类型时，type应设置为SOCK_DGRAM，如果是可以直接访问IP协议的原始套接字则type应设置为SOCK_RAW。
参数protocol一般设置为"0"，表示使用默认协议。
当socket（）函数成功执行时，返回一个标志这个套接字的描述符，如果出错则返回"-1"，并设置errno为相应的错误类型。
设置服务器套接字地址结构
在通常情况下，首先要将描述服务器信息的套接字地址结构清零，然后在地址结构中填入相应的内容，准备接受客户机送来的连接建立请求。
这个清零操作可以用多种字节处理函数来实现，例如bzero（）、bcopy（）、memset（）、memcpy（）等，以字母"b"开始的两个函数是和BSD系统兼容的，而后面两个是ANSIC提供的函数。
这段代码中使用的bzero（）其描述为：
voidbzero（void*s,intn）;
函数的具体操作是将参数s指定的内存的前n个字节清零。
memset（）同样也很常用，其描述为：
void*memset（void*s,intc,size_tn）;
具体操作是将参数s指定的内存区域的前n个字节设置为参数c的内容。
下一步就是在已经清零的服务器套接字地址结构中填入相应的内容。
Linux系统的套接字是一个通用的网络编程接口，它应该支持多种网络通信协议，每一种协议都使用专门为自己定义的套接字地址结构（例如TCP/IP网络的套接字地址结构就是structsockaddr_in）。
不过为了保持套接字函数调用参数的一致性，Linux系统还定义了一种通用的套接字地址结构：
-----------------------------------------------------------------
structsockaddr
{
unsignedshortsa_family;/*addresstype*/
charsa_data[14];/*protocoladdress*/
}
-----------------------------------------------------------------
其中sa_family意指套接字使用的协议族地址类型，对于我们的TCP/IP网络，其值应该是AF_INET，sa_data中存储具体的协议地址，不同的协议族有不同的地址格式。
这个通用的套接字地址结构一般不用做定义具体的实例，但是常用做套接字地址结构的强制类型转换，如我们经常可以看到这样的用法：
bind（sockfd,（structsockaddr*）&servaddr,sizeof（servaddr））
用于TCP/IP协议族的套接字地址结构是sockaddr_in，其定义为：
-----------------------------------------------------------------
structin_addr
{
__u32s_addr;
};
structsochaddr_in
{
shortintsin_family;
unsignedshortintsin_port;
structin_addrsin_addr;
/*Thisparthasnotbeentakenintouseyet*/
nsignedchar__pad[__SOCK_SIZE__-sizeof（shortint）-sizeof（unsignedshortint）- sizeof（structin_addr）];
};
#definesin_zero_-pad
-----------------------------------------------------------------
其中sin_zero成员并未使用，它是为了和通用套接字地址structsockaddr兼容而特意引入的。
在编程时，一般都通过bzero（）或是memset（）将其置零。
其他成员的设置一般是这样的：
servaddr.sin_family=AF_INET;
表示套接字使用TCP/IP协议族。
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl（INADDR_ANY）;
设置服务器套接字的IP地址为特殊值INADDR_ANY，这表示服务器愿意接收来自任何网络设备接口的客户机连接。
htonl（）函数的意思是将主机顺序的字节转换成网络顺序的字节。
servaddr.sin_port=htons（PORT）;
设置通信端口号，PORT应该是我们已经定义好的。
在本例中servaddr.sin_port=proxy_port;这是表示端口号是函数的返回值proxy_port。
另外需要说明的一点是，在本例中，我们并没有看到在预编译部分中包含有和这两个头文件，那是因为这两个头文件已经分别被包含在和中了，而且后面这两个头文件是与平台无关的，所以在网络通信中一般都使用这两个头文件。
服务器公开地址
如果服务器要接受客户机的连接请求，那么它必须先要在整个网络上公开自己的地址。
在设置了服务器的套接字地址结构之后，可以通过调用函数bind（）绑定服务器的地址和套接字来完成公开地址的操作。
函数bind（）的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include
#include
intbind（intsockfd,structsockaddr*addr,intaddrlen）;
-----------------------------------------------------------------
参数sockfd是我们通过调用socket（）创建的套接字描述符。
参数addr是本机地址，参数addrlen是套接字地址结构的长度。
函数执行成功时返回"0",否则返回"-1"，并设置errno变量为EADDRINUAER。
如果是服务器调用bind（）函数，如果设置了套接字的IP地址为某个本地IP地址，那么这表示服务器只接受来自于这个IP地址的特定主机发出的连接请求。
不过一般情况下都是将IP地址设置为INADDR_ANY，以便接受所有网络设备接口送来的连接请求。
客户机一般是不会调用bind（）函数的，因为客户机在连接时不用指定自己的套接字地址端口号，系统会自动为客户机选择一个未用端口号，并且用本地IP地址自动填充客户机套接字地址结构中的相应项。
但是在某些特定的情况下客户机需要使用特定的端口号，例如Linux中的rlogin命令就要求使用保留端口号，而系统是不能为客户机自动分配保留端口号的，这就需要调用bind（）来绑定一个保留端口号了。
不过在一些特殊的环境下，这样绑定特定端口号也会带来一些负面影响，如在HTTP服务器进入TIME_WAIT状态后，客户机如果要求再次与服务器建立连接，则服务器会拒绝这一连接请求。
如果客户机最后进入TIME_WAIT状态，则马上再次执行bind（）函数时会返回出错信息"-1"，原因是系统会认为同时有两次连接绑定同一个端口。
转换Listening套接字
接下来，服务器需要将我们刚才与IP地址和端口号完成绑定的套接字转换成倾听listening套接字。
只有服务器程序才需要执行这一步操作。
我们通过调用函数listen（）实现这一操作。
listen（）的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include
intlisten（intsockfd,intbacklog）;
-----------------------------------------------------------------
参数sockfd指定我们要求转换的套接字描述符，参数backlog设置请求队列的最大长度。
函数listen（）主要完成以下操作。
首先是将套接字转换成倾听套接字。
因为函数socket（）创建的套接字都是主动套接字，所以客户机可以通过调用函数connect（）来使用这样的套接字主动和服务器建立连接。
而服务器的情况恰恰相反，服务器需要通过套接字接收客户机的连接请求，这就需要一个"被动"套接字。
listen（）就可将一个尚未连接的主动套接字转换成为这样的"被动"套接字，也就是倾听套接字。
在执行了listen（）函数之后，服务器的TCP就由CLOSED变成LISTEN状态了。
另外listen（）可以设置连接请求队列的最大长度。
虽然参数backlog的用法非常简单，只是一个简单的整数。
但搞清楚请求队列的含义对理解TCP协议的通信过程建立非常重要。
TCP协议为每个倾听套接字实际上维护两个队列，一个是未完成连接队列，这个队列中的成员都是未完成3次握手的连接
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