深入了解Linux網路編程

一、Linux網路編程介紹

Linux網路編程是指使用Linux操作系統提供的網路編程API進行Socket編程，包括Socket協議族、IO復用、信號驅動IO、多線程等技術。作為Linux操作系統中的一大特色，其網路編程能力也是Linux得以廣泛應用於互聯網領域的關鍵之一。

二、Linux網路編程Socket協議族

Socket協議族是Linux網路編程中最核心的部分，它包括了不同類型的Socket，如TCP Socket、UDP Socket等。在網路通信中，使用Socket協議族來創建Socket套接字，通過Socket套接字進行通信。下面是一個簡單的Socket創建和連接過程。

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
    perror("socket create error");
    exit(1);
}
struct sockaddr_in serveraddr;
memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_port = htons(80);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serveraddr.sin_addr);
if (connect(sockfd, (const struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0) {
    perror("connect error");
    exit(1);
}

三、Linux網路編程IO多路復用技術

IO多路復用技術是指通過一個進程管理多個Socket連接的方法，從而避免了多進程或多線程的開銷，提高了程序的並發性。在Linux中，常見的IO多路復用技術包括了select、poll、epoll等。下面是一個基於epoll的網路伺服器處理客戶端請求的流程示例。

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
...
int epollfd = epoll_create(1024);
struct epoll_event event, events[1024];
memset(&event, 0, sizeof(event));
event.events = EPOLLIN;
event.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
while (1) {
    int nfds = epoll_wait(epollfd, events, 1024, -1);
    for (int i = 0; i < nfds; i++) {
        if (events[i].data.fd == sockfd) {
            struct sockaddr_in clientaddr;
            socklen_t len = sizeof(clientaddr);
            int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
            // 處理客戶端請求
            ...
            event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
            event.data.fd = connfd;
            epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
        } else {
            // 處理客戶端數據
            ...
        }
    }
}

四、Linux網路編程信號驅動IO技術

信號驅動IO技術是指通過信號觸發來讀寫數據的方法，與普通的阻塞IO相比，可以讓程序在等待數據的過程中繼續做其他的任務，提高了程序的響應速度。在Linux中，常見的信號驅動IO技術包括了SIGIO、SIGURG等。下面是一個基於SIGIO的網路伺服器處理客戶端請求的流程示例。

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
...
fcntl(sockfd, F_SETOWN, getpid());
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_ASYNC);
signal(SIGIO, accept_callback);
while (1) {
    // 處理其他任務
    ...
}
void accept_callback(int signum) {
    int connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
    // 處理客戶端請求
    ...
}

五、Linux網路編程多線程技術

多線程技術是指通過創建多個線程並發執行任務的方法，通常用於解決任務獨立而耗時的問題。在Linux中，常見的多線程技術包括了pthread和OpenMP等。下面是一個基於pthread的網路伺服器處理客戶端請求的流程示例。

void* handle_client(void* arg) {
    int connfd = *((int*)arg);
    // 處理客戶端請求
    ...
    close(connfd);
    free(arg);
    return NULL;
}
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
...
while (1) {
    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(clientaddr);
    int* connfd = (int*)malloc(sizeof(int));
    *connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
    pthread_t tid;
    if (pthread_create(&tid, NULL, handle_client, connfd) != 0) {
        perror("pthread_create error");
        close(*connfd);
        free(connfd);
    }
    pthread_detach(tid);
}