socket通讯,信号,共享内存
前段时间在读前辈写的一个netflow流量采集的代码,从中学到了不少的东西,读完后把其中用到的一些关键技术总结了这么一个文档,这些知识大部分都来自网络,我只是把这些相关的只是汇总了一下.把文档中的只是对照代码,看看在实际工程中这些东西到底是怎么用的,这样学起来效果非常好.
1. socket通讯
1.1. 相关知识
1.1.1. socket基本概念
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。
Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
1.1.2. socket通讯实现方法
实现socket通讯通常要经过下面几个步骤：
1、 创建Socket
2、 Socket配置
3、 建立连接
4、 数据传输
5、 结束传输
每个步骤都有相应的标准库函数实现。下面分别对这些函数做相应介绍，这些函数和数据类型大部分都包含在<sys/socket.h>和<sys/types.h>头文件中。
创建socket
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain：指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；
type：指定socket的类型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；
protocol：通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。
Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为你管理描述符表。
两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。
socket配置
通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind函数来配置本地信息。
Bind函数将socket与本机上的一个端口相关联，随后你就可以在该端口监听服务请求。Bind函数原型为：
int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
Sockfd：是调用socket函数返回的socket描述符,
my_addr：是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；
addrlen：常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的：
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */
};
sa_family一般为AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；
sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。
另外还有一种结构类型：
struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* 地址族 */
unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */
};
sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度，可以用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或者相反。
创建连接
面向连接的客户程序使用Connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
Sockfd是socket函数返回的socket描述符；
serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；
addrlen是远端地质结构的长度。
Connect函数在出现错误时返回-1，并且设置errno为相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候到打端口。
Connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用socket时才需要将此socket与远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，它只是被动的在协议端口监听客户的请求。
Listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。
int listen(int sockfd， int backlog);
Sockfd是Socket系统调用返回的socket 描述符；
backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。如果一个服务请求到来时，输入队列已满，该socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。
当出现错误时listen函数返回-1，并置相应的errno错误码。
accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
sockfd是被监听的socket描述符，
addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；
addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。
首先，当accept函数监视的socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍可以继续在以前的 socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据传输操作。
数据传输
Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。
Send()函数原型为：
int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符；
msg是一个指向要发送数据的指针；Len是以字节为单位的数据的长度；
flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。
Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。在程序中应该将send()的返回值与欲发送的字节数进行比较。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。
recv()函数原型为：
int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
Sockfd是接受数据的socket描述符；
buf 是存放接收数据的缓冲区；
len是缓冲的长度。
Flags也被置为0。
Recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。
Sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。
sendto()函数原型为：
int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);
to表示目地机的IP地址和端口号信息，
tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。
Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。
Recvfrom()函数原型为：
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);
from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。
fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。
Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。
如果你对数据报socket调用了connect()函数时，你也可以利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。
结束传输
当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：
close(sockfd);
你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。
int shutdown(int sockfd,int how);
Sockfd是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：
·0-------不允许继续接收数据
·1-------不允许继续发送数据
·2-------不允许继续发送和接收数据，
·均为允许则调用close ()
shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。
其它常用函数
select()--多路同步 I/O
select() 让你可以同时监视多个套接口。如果你想知道的话，那么他就会告诉你哪个套接口准备读，哪个又 准备好了写，哪个套接口又发生了例外 (exception)。
int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
这个函数监视一系列文件描述符，特别是 readfds、writefds 和 exceptfds。如果你想知道你是否能够从标准输入和套接口描述符 sockfd 读 入数据，你只要将文件描述符 0 和 sockfd 加入到集合 readfds 中。 参数 numfds 应该等于最高的文件描述符的值加1。
当函数 select() 返回的时候，readfds 的值修改为反映你选择的哪个文件 描述符可以读。你可以用下面的宏 FD_ISSET() 来测试。
相关的宏解释如下：
FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空fdset与所有文件句柄的联系。
FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立文件句柄fd与fdset的联系。
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除文件句柄fd与fdset的联系。
FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：检查fdset联系的文件句柄fd是否
可读写，>0表示可读写。
getsockopt（取得socket状态）
定义函数 int getsockopt(int s,int level,int optname,void* optval,socklen_t* optlen);
函数说明 getsockopt()会将参数s所指定的socket状态返回。参数optname代表欲取得何种选项状态，而参数optval则指向欲保存结果的内存地址，参数optlen则为该空间的大小。参数level、optname请参考setsockopt()。
返回值 成功则返回0，若有错误则返回-1，错误原因存于errno
错误代码 EBADF 参数s 并非合法的socket处理代码
ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket
ENOPROTOOPT 参数optname指定的选项不正确
EFAULT 参数optval指针指向无法存取的内存空间
2. 信号处理
2.1. 相关知识
2.1.1. 信号基本知识
信号本质
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，可以看作是异步通知，通知接收信号的进程有哪些事情发生了。
信号来源
信号事件的发生有两个来源：硬件来源(比如我们按下了键盘或者其它硬件故障)；软件来源，最常用发送信号的系统函数是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函数，软件来源还包括一些非法运算等操作。
Linux下的信号可以类比于DOS下的INT或者是Windows下的事件.在有一个信号发生时候相应的信号就会发送给相应的进程。我们使用 kill -l命令可以查看系统所拥有的信号。
进程对信号的响应
进程可以通过三种方式来响应一个信号：
（1） 忽略信号，即对信号不做任何处理，其中，有两个信号不能忽略：SIGKILL及SIGSTOP；
（2） 捕捉信号。定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的处理函数；
（3） 执行缺省操作，Linux对每种信号都规定了默认操作，进程对实时信号的缺省反应是进程终止。
信号生命周期
从信号发送到信号处理函数的执行完毕，对于一个完整的信号生命周期(从信号发送到相应的处理函数执行完毕)来说，可以分为三个重要的阶段，这三个阶段由四个重要事件来刻画：信号诞生；信号在进程中注册完毕；信号在进程中的注销完毕；信号处理函数执行完毕。相邻两个事件的时间间隔构成信号生命周期的一个阶段。
程序中信号应用
linux下的信号应用，程序员所要做的最多只有三件事情：
1、安装信号（推荐使用sigaction()）；
2、实现三参数信号处理函数，handler(int signal,struct siginfo *info, void *)；
3、发送信号，推荐使用sigqueue()。
实际上，对有些信号来说，只要安装信号就足够了（信号处理方式采用缺省或忽略）。其他可能要做的无非是与信号集相关的几种操作。
2.2.2. 与信号相关的常用函数
信号的发送
发送信号的主要函数有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。1、kill()
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo)
参数pid的值
信号的接收进程
pid>0
进程ID为pid的进程
pid=0
同一个进程组的进程
pid<0 pid!=-1
进程组ID为 -pid的所有进程
pid=-1
除发送进程自身外，所有进程ID大于1的进程
Sinno是信号值，当为0时（即空信号），实际不发送任何信号，但照常进行错误检查，因此，可用于检查目标进程是否存在，以及当前进程是否具有向目标发送信号的权限（root权限的进程可以向任何进程发送信号，非root权限的进程只能向属于同一个session或者同一个用户的进程发送信号）。
2、raise（）
#include <signal.h>
int raise(int signo)
向进程本身发送信号，参数为即将发送的信号值。调用成功返回 0；否则，返回 -1。
3、sigqueue（）
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval val)
调用成功返回 0；否则，返回 -1。
sigqueue()是比较新的发送信号系统调用，主要是针对实时信号提出的（当然也支持前32种），支持信号带有参数，与函数sigaction()配合使用。
4、alarm（）
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
专门为SIGALRM信号而设，在指定的时间seconds秒后，将向进程本身发送
SIGALRM信号，又称为闹钟时间。进程调用alarm后，任何以前的alarm()调用都将无效。
如果参数seconds为零，那么进程内将不再包含任何闹钟时间。
返回值，如果调用alarm（）前，进程中已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时
间的剩余时间，否则返回0。
5、setitimer（）
#include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue));
setitimer()比alarm功能强大，支持3种类型的定时器：
ITIMER_REAL：设定绝对时间；经过指定的时间后，内核将发送SIGALRM信号给本进程；
ITIMER_VIRTUAL 设定程序执行时间；经过指定的时间后，内核将发送SIGVTALRM信号给本进程；
ITIMER_PROF 设定进程执行以及内核因本进程而消耗的时间和，经过指定的时间后，内核将发送ITIMER_VIRTUAL信号给本进程；
Setitimer()第一个参数which指定定时器类型（上面三种之一）；第二个参数是结构itimerval的一个实例，结构itimerval形式见附录1。第三个参数可不做处理。
Setitimer()调用成功返回0，否则返回-1。
6、abort()
#include <stdlib.h>
void abort(void);
向进程发送SIGABORT信号，默认情况下进程会异常退出，当然可定义自己的信号处理函数。即使SIGABORT被进程设置为阻塞信号，调用abort()后，SIGABORT仍然能被进程接收。该函数无返回值。
信号的安装（设置信号关联动作）
如果进程要处理某一信号，那么就要在进程中安装该信号。安装信号主要用来确定信号值及进程针对该信号值的动作之间的映射关系，即进程将要处理哪个信号；该信号被传递给进程时，将执行何种操作。
linux主要有两个函数实现信号的安装：signal()、sigaction()。其中signal()在可靠信号系统调用的基础上实现, 是库函数。它只有两个参数，不支持信号传递信息，主要是用于前32种非实时信号的安装；而sigaction()是较新的函数（由两个系统调用实现：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三个参数，支持信号传递信息，主要用来与 sigqueue() 系统调用配合使用，当然，sigaction()同样支持非实时信号的安装。sigaction()优于signal()主要体现在支持信号带有参数。
1、 signal()
#include <signal.h>
void (*signal(int signum, void (*handler))(int)))(int);
如果该函数原型不容易理解的话，可以参考下面的分解方式来理解：
typedef void (*sighandler_t)(int)；
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler));
第一个参数指定信号的值，第二个参数指定针对前面信号值的处理，可以忽略该信号（参数
设为SIG_IGN）；可以采用系统默认方式处理信号(参数设为SIG_DFL)；也可以自己实现处
理方式(参数指定一个函数地址)。
如果signal()调用成功，返回最后一次为安装信号signum而调用signal()时的handler值；失
败则返回SIG_ERR。
2、 sigaction()
#include <signal.h>
int sigaction(int signum,const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact));
sigaction函数用于改变进程接收到特定信号后的行为。该函数的第一个参数为信号的
值，可以为除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一个特定有效的信号（为这两个信号定义自己的处理函数，将导致信号安装错误）。第二个参数是指向结构sigaction的一个实例的指针，在结构sigaction的实例中，指定了对特定信号的处理，可以为空，进程会以缺省方式对信号处理；第三个参数oldact指向的对象用来保存原来对相应信号的处理，可指定oldact为NULL。如果把第二、第三个参数都设为NULL，那么该函数可用于检查信号的有效性。
第二个参数最为重要，其中包含了对指定信号的处理、信号所传递的信息、信号处理函数执行过程中应屏蔽掉哪些函数等等。
参数结构sigaction定义如下
struct sigaction
{
void (*sa_handler) (int);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer) (void);
}
sa_handler此参数和signal()的参数handler相同，代表新的信号处理函数。
sa_mask 用来设置在处理该信号时暂时将sa_mask 指定的信号搁置。
sa_restorer 此参数没有使用。
sa_flags 用来设置信号处理的其他相关操作，下列的数值可用。
OR 运算（|）组合
A_NOCLDSTOP : 如果参数signum为SIGCHLD，则当子进程暂停时并不会通知父进程
SA_ONESHOT/SA_RESETHAND:当调用新的信号处理函数前，将此信号处理方式改为系统预设的方式。
SA_RESTART:被信号中断的系统调用会自行重启
SA_NOMASK/SA_NODEFER:在处理此信号未结束前不理会此信号的再次到来。
如果参数oldact不是NULL指针，则原来的信号处理方式会由此结构sigaction 返回。
返回值：执行成功则返回0，如果有错误则返回-1。
信号集及信号集操作函数
信号集被定义为一种数据类型：
typedef struct
{
unsigned long sig[_NSIG_WORDS]；
} sigset_t
信号集用来描述信号的集合，linux所支持的所有信号可以全部或部分的出现在信号集中，主要与信号阻塞相关函数配合使用。下面是为信号集操作定义的相关函数：
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set)；
int sigfillset(sigset_t *set)；
int sigaddset(sigset_t *set, int signum)
int sigdelset(sigset_t *set, int signum)；
int sigismember(const sigset_t *set, int signum)；
sigemptyset(sigset_t *set)初始化由set指定的信号集，信号集里面的所有信号被清空；
sigfillset(sigset_t *set)调用该函数后，set指向的信号集中将包含linux支持的64种信号；
sigaddset(sigset_t *set, int signum)在set指向的信号集中加入signum信号；
sigdelset(sigset_t *set, int signum)在set指向的信号集中删除signum信号；
sigismember(const sigset_t *set, int signum)判定信号signum是否在set指向的信号集中。
