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C++学习：第六章Linux高级编程（九）信号量同步、socket网络编程基础、TCP、UDP

作者：QueenieYam任嘉明 | 来源：互联网 | 2023-07-23 04:02

一、信号量(同步)1.回顾：一个进程控制另外一个进程.逻辑变量pausesleep信号2.信号量(semaphore)信号灯三个数据：红灯绿灯黄灯

一、信号量(同步)

1. 回顾&＃xff1a;

一个进程控制另外一个进程.

逻辑变量&＃43;pause/sleep&＃43;信号

2. 信号量(semaphore)信号灯

三个数据&＃xff1a;红灯/绿灯/黄灯

60 90 10

信号量是共享内存整数数组&＃xff0c;根据需要定义指定的数组长度

信号量就是根据数组中的值&＃xff0c;决定阻塞还是解除阻塞

3. 编程

3.1 创建或者得到信号量 semget

3.2 初始化信号量中指定下标的值 semctl

3.3 根据信号量阻塞或者解除阻塞 semop

3.4 删除信号量

案例&＃xff1a;

A&＃xff1a; B&＃xff1a;

创建信号量得到信号量

初始化信号量

根据信号量阻塞解除阻塞

删除信号量

semget函数说明

int semget(key_t key,int nums, //信号量数组个数int flags); //信号量的创建标记//创建IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666//打开0返回&＃xff1a; -1&＃xff1a;失败>&＃61;0&＃xff1a;成功返回信号量的ID

int semop(int semid, //信号量IDstruct sembuf *op, //对信号量的操作&＃xff0c;操作可以是数组多个size_t nums, //第二个参数的个数);返回&＃xff1a;-1&＃xff1a;时失败0&＃xff1a;成功

int semctl(int semid, //对IPC_RMID无意义int nums, //信号量数组下标&＃xff0c;第一个变量为0&＃xff0c;以此类推 int cmd, //SETVAL IPC_RMID...); //对IPC_RMID无意义

struct sembuf {int sem_num;//下标int sem_op;int sem_flg;//建议为0. }

sem_op&＃xff1a;

前提条件信号量是unsigned short int;

不能<0.

-&＃xff1a;够减&＃xff0c;则semop马上返回&＃xff0c;不够减&＃xff0c;则阻塞.

&＃43;&＃xff1a;执行&＃43;操作

0&＃xff1a;判定信号量>0&＃xff0c;则阻塞&＃xff0c;直到为0

控制进程的搭配方式&＃xff1a;

&＃43;(解除阻塞) -(阻塞)

0(阻塞) -(解除阻塞)

/*arg for semctl systemcalls.*/

union semun{

int val;/*value for SETVAL*/

struct semid_ds *buf;/*buffer for IPC_STAT&IPC_SET*/

ushort *array;/*array for GETALL&SETALL*/

struct seminfo *__buf;/*buffer for IPC_INFO*/

https://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/8475738

文件A

#include #include #include #include #include //2.1.定义一个联合体 union semun {int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *__buf; };main() {key_t key;int semid; //信号量IDunion semun v;//2.2.定义初始化值int r;struct sembuf op[1];//1.创建信号量key&＃61;ftok(".",99);if(key&＃61;&＃61;-1) printf("ftok err:%m\n"),exit(-1);//semid&＃61;semget(key,1/*信号量数组个数*/,// IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);semid&＃61;semget(key,1,0);//得到信号量if(semid&＃61;&＃61;-1) printf("get err:%m\n"),exit(-1);printf("id:%d\n",semid);//2.初始化信号量v.val&＃61;2;r&＃61;semctl(semid,0,SETVAL,v);//2.3设置信号量的值if(r&＃61;&＃61;-1) printf("初始化失败!\n"),exit(-1);//3.对信号量进行阻塞操作//3.1.定义操作op[0].sem_num&＃61;0;//信号量下标op[0].sem_op&＃61;-1;//信号量操作单位与类型op[0].sem_flg&＃61;0;//操作标记while(1){r&＃61;semop(semid,op,1);printf("解除阻塞&＃xff01;\n");}//4.删除(可以不删除) }

文件B

#include #include #include #include #include //2.1.定义一个联合体 union semun {int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *__buf; };main() {key_t key;int semid; //信号量IDunion semun v;//2.2.定义初始化值int r;struct sembuf op[2];//1.创建信号量key&＃61;ftok(".",99);if(key&＃61;&＃61;-1) printf("ftok err:%m\n"),exit(-1);semid&＃61;semget(key,1,0);//得到信号量if(semid&＃61;&＃61;-1) printf("get err:%m\n"),exit(-1);printf("id:%d\n",semid);//3.对信号量进行阻塞操作//3.1.定义操作op[0].sem_num&＃61;0;//信号量下标op[0].sem_op&＃61;1;//信号量操作单位与类型op[0].sem_flg&＃61;0;op[1].sem_num&＃61;0;//信号量下标op[1].sem_op&＃61;1;//信号量操作单位与类型op[1].sem_flg&＃61;0;while(1){r&＃61;semop(semid,op,2);sleep(1);}//4.删除(可以不删除)//semctl(semid,0,IPC_RMID);}

自己找的信号量代码

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include#define MAX_SEMAPHORE 10 #define FILE_NAME "test2.c"union semun{int val ;struct semid_ds *buf ;unsigned short *array ;struct seminfo *_buf ; }arg;struct semid_ds sembuf;int main() {key_t key ;int semid ,ret,i;unsigned short buf[MAX_SEMAPHORE] ;struct sembuf sb[MAX_SEMAPHORE] ;pid_t pid ;pid &＃61; fork() ;if(pid <0){/* Create process Error! */fprintf(stderr,"Create Process Error!:%s\n",strerror(errno));exit(1) ;}if(pid > 0){/* in parent process !*/key &＃61; ftok(FILE_NAME,&＃39;a&＃39;) ;if(key &＃61;&＃61; -1){/* in parent process*/fprintf(stderr,"Error in ftok:%s!\n",strerror(errno));exit(1) ;}semid &＃61; semget(key,MAX_SEMAPHORE,IPC_CREAT|0666); //创建信号量集合if(semid &＃61;&＃61; -1){fprintf(stderr,"Error in semget:%s\n",strerror(errno));exit(1) ;}printf("Semaphore have been initialed successfully in parent process,ID is :%d\n",semid);sleep(2) ;printf("parent wake up....\n");/* 父进程在子进程得到semaphore的时候请求semaphore&＃xff0c;此时父进程将阻塞直至子进程释放掉semaphore*//* 此时父进程的阻塞是因为semaphore 1 不能申请&＃xff0c;因而导致的进程阻塞*/for(i&＃61;0;i}

二、网络

1. 基础&＃xff08;ip&＃xff09;

1.1 网络工具

ping

ping ip //地址

ping -b ip //广播地址

ifconfig -a //查看所有网络口信息

netstat -a //显示所有正在使用的网络状态

netstat -u //支持udp协议

netstat -t //支持tcp协议

netstat -x //支持本地unix协议

netstat -n //数字方式显示

route

lsof

1.2 网络的基本概念

网络编程采用socket模型.

网络通信本质也是进程之间的IPC&＃xff0c;是不同主机之间。

识别主机&＃xff1a;4字节整数&＃xff1a;IP地址

识别进程&＃xff1a;2字节整数&＃xff1a;端口号

IP地址的表示方法&＃xff1a; 内部表示&＃xff1a;4字节整数

外部表示&＃xff1a;数点字符串

结构体

1 2 3 4 分段表示&＃xff0c;每个段使用.分割

"192.168.0.26"

ip地址的转换&＃xff1a;

sockaddr是在头文件 /usr/include/bits/socket.h 中定义的

struct sockaddr {sa_family_t sin_family; //地址族char sa_data[14]; //14字节&＃xff0c;包含套接字中的目标地址和端口信息 };

sockaddr_in是在头文件 /usr/include/netinet/in.h 中定义的

struct sockaddr_in {int sin_family; //地址族in_port_t sin_port; //16位TCP/UDP端口号struct in_addr sin_addr; //32位ip地址char sin_zero[8]; //留用 }

struct in_addr {in_addr_t s_addr; //32位IPv4地址 }

//总结&＃xff1a;

IP地址的表示

字符串表示"192.168.0.26"

整数表示&＃xff1a;in_addr_t;

字结构表示struct in_addr;

连接点&＃xff1a;endpoint

1.3 IP地址的转换

inet_addr //把字符串转换为整数&＃xff08;网络字节序&＃xff09;

inet_aton //把字符串转换为struct in_addr;(网络字结序)

inet_network //把字符串转换为整数&＃xff08;本地字节序&＃xff09;

inet_ntoa //把结构体转换为字符串

htons //Host to Network Short

htonl //Host to Network Long

ntohs //Network to Host Short

ntohl //Host to Network Long

补充&＃xff1a;关于字节序

网络字节顺序NBO&＃xff08;Network Byte Order&＃xff09;&＃xff1a;

按从高到低的顺序存储&＃xff0c;在网络上使用统一的网络字节顺序&＃xff0c;可以避免兼容性问题。

主机字节顺序&＃xff08;HBO&＃xff0c;Host Byte Order&＃xff09;&＃xff1a;

不同的机器HBO不相同&＃xff0c;与CPU设计有关&＃xff0c;数据的顺序是由cpu决定的,而与操作系统无关。

如 Intelx86结构下,short型数0x1234表示为34 12, int型数0x12345678表示为78 56 34 12如IBM power PC结构下,short型数0x1234表示为12 34, int型数0x12345678表示为12 34 56 78

由于这个原因不同体系结构的机器之间无法通信,所以要转换成一种约定的数序,也就是网络字节顺序,其实就是如同powerpc那样的顺序。在PC开发中有ntohl和htonl函数可以用来进行网络字节和主机字节的转换。

主机的字节序不同&＃xff0c;注意下列代码

#include #include #include #include main() {/*in_addr_t nip&＃61;192<<24 | 168 <<16 | 0<<8 | 26;char *ip&＃61;"192.168.0.26";//把整数转换为字符串inet_ntoastruct in_addr sip;int myip;sip.s_addr&＃61;nip;printf("nip:%u\n",nip);printf("%s\n",inet_ntoa(sip));myip&＃61;inet_addr(ip);printf("%u\n",myip);printf("%hhu.%hhu.%hhu.%hhu\n", myip>>24 & 255,myip>>16 & 255,myip>>8 & 255,myip>>0 & 255);*//*char ip[4]&＃61;{192,168,0,26};printf("%d\n",*(int*)ip);*/char *ip&＃61;"10.45.8.1";struct in_addr addr;in_addr_t net;in_addr_t host;struct in_addr tmp;inet_aton(ip,&addr);net&＃61;inet_lnaof(addr);host&＃61;inet_netof(addr);tmp.s_addr&＃61;net;//网络表示printf("%s\n",inet_ntoa(tmp));tmp.s_addr&＃61;host;//主机表示printf("%s\n",inet_ntoa(tmp));}

1.4 IP地址的意义

IP地址的位表达不同意义&＃xff1a;

IP地址组建网络&＃xff1a;网络标识/主机标识

网络主机

A类前7位表示后24位表示网络少主机多

B类 14 16

C类 2 1 8

D类组播

E类没有使用

1.5 计算机系统中的网络配置

/etc/hosts 文件配置IP&＃xff0c;域名&＃xff0c;主机名

gethostbyname

gethostbyaddr

/etc/protocols 文件配置系统支持的协议

/etc/services 文件配置服务

get***by***;

gethostbyname

getprotobyname

#include #include main() {struct hostent *ent;/*打开主机配置数据库文件*/sethostent(1);//1一直打开&＃xff0c;0单次打开while(1){ent&＃61;gethostent();if(ent&＃61;&＃61;0) break;printf("主机名:%s\t",ent->h_name);printf("IP地址:%hhu.%hhu.%hhu.%hhu\t",ent->h_addr[0],ent->h_addr[1],ent->h_addr[2],ent->h_addr[3]);printf("别名:%s\n",ent->h_aliases[0]);}endhostent(); }

#include #include main() {struct hostent *ent;ent&＃61;gethostbyname("bbs.tarena.com.cn");//printf("%s\n",ent->h_aliases[0]);printf("%hhu.%hhu.%hhu.%hhu\n",ent->h_addr_list[0][0],ent->h_addr_list[0][1],ent->h_addr_list[0][2],ent->h_addr_list[0][3]); }

编译时 gcc protocol.c -omain -D_GNU_SOURCE 最后一个是宏&＃xff0c;编译时需要加上

#include #include #include main() {struct protoent *ent;struct utsname name;ent&＃61;getprotobyname("tcp");printf("%d\n",ent->p_proto);uname(&name);printf("%s\n",name.machine);printf("%s\n",name.nodename);printf("%s\n",name.sysname);printf("%s\n",name.domainname); }

三、UDP编程模型

对等模型 AF_INET SOCK_DGRAM 0:UDP

C/S 模型 AF_INET SOCK_STREAM 0:TCP

2.1 网络编程

ISO的7层模型&＃xff1a;

物理层

数据链路层数据链路层 (数据物理怎么传输)

网络层 IP层 (数据的传输方式)

传输层传输层 (数据传输的结果)

会话层应用层 (数据传递的含义)

表示层

应用层

2.2 UDP编程的数据特点

UDP采用对等模型SOCK_DGRAM

socket socket:socket

绑定IP地址bind 连接目标(可选) conncect

read/recv/recvfrom 发送数据 write/send/sendto

关闭close

案例&＃xff1a;

A B

接收用户的数据发送数据

打印数据与发送者IP 接收数据并打印

返发一个信息

udpA&＃xff1a;

#include #include #include #include #include #include //服务器 main() {int fd;//socket描述符号struct sockaddr_in ad;//本机的IP地址char buf[100];//接收数据缓冲struct sockaddr_in ad_snd;//发送者IP地址socklen_t len;//发送者IP的长度int r;fd&＃61;socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,17);//udp协议17 可以自己查看 protocols 中if(fd&＃61;&＃61;-1) printf("socket:%m\n"),exit(-1);printf("建立socket成功!\n");ad.sin_family&＃61;AF_INET;ad.sin_port&＃61;htons(11111);inet_aton("192.168.180.92",&ad.sin_addr);r&＃61;bind(fd,(struct sockaddr*)&ad,sizeof(ad));if(r&＃61;&＃61;-1) printf("bind err:%m\n"),exit(-1);printf("绑定成功!\n");while(1){len&＃61;sizeof(ad_snd);r&＃61;recvfrom(fd,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&ad_snd,&len);if(r>0){buf[r]&＃61;0;printf("发送者IP:%s,端口:%hu,数据:%s\n",inet_ntoa(ad_snd.sin_addr),ntohs(ad_snd.sin_port),buf);sendto(fd,"古怪!",strlen("古怪!"),0,(struct sockaddr*)&ad_snd,sizeof(ad_snd));}if(r&＃61;&＃61;0){printf("关闭!\n");break;}if(r&＃61;&＃61;-1){printf("网络故障!\n");break;}}close(fd); }

udpB

#include #include #include #include #include #include #include #include //客户端 main() {int fd;struct sockaddr_in ad;char buf[101];int r;fd&＃61;socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(fd&＃61;&＃61;-1) printf("socket err:%m\n"),exit(-1);ad.sin_family&＃61;AF_INET;ad.sin_port&＃61;htons(11111);ad.sin_addr.s_addr&＃61;inet_addr("192.168.180.92");//connect(fd,(struct sockaddr*)&ad,sizeof(ad));while(1){r&＃61;read(0,buf,sizeof(buf)-1);//从屏幕读取一行&＃xff0c;0&＃xff1a;数据流输入&＃xff0c;1&＃xff1a;数据流输出&＃xff0c;2&＃xff1a;数据流错误if(r<&＃61;0) break;buf[r]&＃61;0;r&＃61;sendto(fd,buf,r,0,(struct sockaddr*)&ad,sizeof(ad));bzero(buf,sizeof(buf));r&＃61;recv(fd,buf,sizeof(buf),0);//这个0 后面会专门讲buf[r]&＃61;0;printf("来自接收方的数据:%s\n",buf);//r&＃61;send(fd,buf,r,0);if(r&＃61;&＃61;-1) break;}close(fd); }

总结&＃xff1a;

1. 问题&＃xff1a;

connect &＃43; send &＃43; close &＃61;&＃61; sendto

sendto 是连接&＃43;发送&＃43;关闭&＃xff0c;每次都是这个循环

connect是一直连接

2. 问题&＃xff1a;

recvfrom的作用不是专门从指定IP接收

而是从任意IP接收数据&＃xff0c;返回发送数据者的IP

3. 问题&＃xff1a;

为什么要bind&＃xff0c;bind主要目的告诉网络发送数据的目标.

是否一定绑定才能发送数据?

否:只要知道你的IP与PORT&＃xff0c;就能发送数据.

4. 问题&＃xff1a;

为什么发送者没有绑定IP与端口&＃xff0c;他也有端口?

底层网络驱动&＃xff0c;帮我们自动生成IP与端口.

5. 缺陷&＃xff1a;

接收方不区分发送者的&＃xff0c;这是UDP的一大缺陷的&＃xff0c;在TCP中改善了这个问题

send函数

sendto函数

int sendto(int fd, //socket描述符号const void *buf, //发送的数据缓冲size_t size, //发送的数据长度int flags, //发送方式MSG_NOWAIT MSG_OOBconst struct sockaddr *addr, //发送的目标的IP与端口socklen_t len //sockaddr_in的长度 );返回&＃xff1a;-1&＃xff1a;发送失败>&＃61;0&＃xff1a;发送的数据长度

recv函数

recvfrom函数

int recvfrom(int fd,void *buf,size_t size,int flags,struct sockaddr*addr, //返回发送者IP与端口socklen_t *len); //输入返回IP的缓冲大小,返回实际IP的大小

2.3 TCP编程的数据特点

2.4 TCP服务器的编程

TCP的服务器编程模型
IP协议与处理&＃xff08;SOCK_RAW,SOCK_PACKET&＃xff09;
pcap编程
HTTP协议与网页搜索

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QueenieYam任嘉明

这个家伙很懒，什么也没留下！

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