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在 libuv 中#xff0c;网络编程与直接使用 BSD socket 区别不大#xff0c;有些地方还更简单#xff0c;概念保持不变的同时#xff0c;libuv 上所有接口都是非阻塞的。它还提供了很多工具函数#xff0c;抽象了恼人、啰嗦的底层任务#xff0c;如使用 BSD …Networking
在 libuv 中网络编程与直接使用 BSD socket 区别不大有些地方还更简单概念保持不变的同时libuv 上所有接口都是非阻塞的。它还提供了很多工具函数抽象了恼人、啰嗦的底层任务如使用 BSD socket 结构体设置 socket 、DNS 查找以及调整各种 socket 参数。
在网络I/O中会使用到uv_tcp_t和uv_udp_t。
note 本章中的代码片段仅用于展示 libuv API 并不是优质代码的范例常有内存泄露和未关闭的连接。 TCP
TCP是面向连接的字节流协议因此基于libuv的stream实现。
server
服务器端的建立流程如下
1.uv_tcp_init建立tcp句柄。 2.uv_tcp_bind绑定。 3.uv_listen建立监听当有新的连接到来时激活调用回调函数。 4.uv_accept接收链接。 5.使用stream操作来和客户端通信。
tcp-echo-server/main.c - The listen socket
int main() {loop uv_default_loop();uv_tcp_t server;uv_tcp_init(loop, server);uv_ip4_addr(0.0.0.0, DEFAULT_PORT, addr);uv_tcp_bind(server, (const struct sockaddr*)addr, 0);int r uv_listen((uv_stream_t*) server, DEFAULT_BACKLOG, on_new_connection);if (r) {fprintf(stderr, Listen error %s\n, uv_strerror(r));return 1;}return uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}你可以调用uv_ip4_addr()函数来将ip地址和端口号转换为sockaddr_in结构这样就可以被BSD的socket使用了。要想完成逆转换的话可以调用uv_ip4_name()。
note 对应ipv6有类似的uv_ip6_* 大多数的设置函数是同步的因为它们毕竟不是io操作。到了uv_listen这句我们再次回到回调函数的风格上来。第二个参数是待处理的连接请求队列最大长度的请求连接队列。
当客户端开始建立连接的时候回调函数on_new_connection需要使用uv_accept去建立一个与客户端socket通信的句柄。同时我们也要开始从流中读取数据。
tcp-echo-server/main.c - Accepting the client
void on_new_connection(uv_stream_t *server, int status) {if (status 0) {fprintf(stderr, New connection error %s\n, uv_strerror(status));// error!return;}uv_tcp_t *client (uv_tcp_t*) malloc(sizeof(uv_tcp_t));uv_tcp_init(loop, client);if (uv_accept(server, (uv_stream_t*) client) 0) {uv_read_start((uv_stream_t*) client, alloc_buffer, echo_read);}else {uv_close((uv_handle_t*) client, NULL);}
}上述的函数集和stream的例子类似在code文件夹中可以找到更多的例子。记得在socket不需要后调用uv_close。如果你不需要接受连接你甚至可以在uv_listen的回调函数中调用uv_close。
client
当你在服务器端完成绑定/监听/接收的操作后在客户端只要简单地调用uv_tcp_connect它的回调函数和上面类似具体例子如下
uv_tcp_t* socket (uv_tcp_t*)malloc(sizeof(uv_tcp_t));
uv_tcp_init(loop, socket);uv_connect_t* connect (uv_connect_t*)malloc(sizeof(uv_connect_t));struct sockaddr_in dest;
uv_ip4_addr(127.0.0.1, 80, dest);uv_tcp_connect(connect, socket, dest, on_connect);当建立连接后回调函数on_connect会被调用。回调函数会接收到一个uv_connect_t结构的数据它的handle指向通信的socket。
UDP
用户数据报协议(User Datagram Protocol)提供无连接的不可靠的网络通信。因此libuv不会提供一个stream实现的形式而是提供了一个uv_udp_t句柄接收端和一个uv_udp_send_t句柄发送端还有相关的函数。也就是说实际的读写api与正常的流读取类似。下面的例子展示了一个从DCHP服务器获取ip的例子。
note 你必须以管理员的权限运行udp-dhcp因为它的端口号低于1024 udp-dhcp/main.c - Setup and send UDP packets
uv_loop_t *loop;
uv_udp_t send_socket;
uv_udp_t recv_socket;int main() {loop uv_default_loop();uv_udp_init(loop, recv_socket);struct sockaddr_in recv_addr;uv_ip4_addr(0.0.0.0, 68, recv_addr);uv_udp_bind(recv_socket, (const struct sockaddr *)recv_addr, UV_UDP_REUSEADDR);uv_udp_recv_start(recv_socket, alloc_buffer, on_read);uv_udp_init(loop, send_socket);struct sockaddr_in broadcast_addr;uv_ip4_addr(0.0.0.0, 0, broadcast_addr);uv_udp_bind(send_socket, (const struct sockaddr *)broadcast_addr, 0);uv_udp_set_broadcast(send_socket, 1);uv_udp_send_t send_req;uv_buf_t discover_msg make_discover_msg();struct sockaddr_in send_addr;uv_ip4_addr(255.255.255.255, 67, send_addr);uv_udp_send(send_req, send_socket, discover_msg, 1, (const struct sockaddr *)send_addr, on_send);return uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}note ip地址为0.0.0.0用来绑定所有的接口。255.255.255.255是一个广播地址这也意味着数据报将往所有的子网接口中发送。端口号为0代表着由操作系统随机分配一个端口。 首先我们设置了一个用于接收socket绑定了全部网卡端口号为68作为DHCP客户端然后开始从中读取数据。它会接收所有来自DHCP服务器的返回数据。我们设置了UV_UDP_REUSEADDR标记用来和其他共享端口的 DHCP客户端和平共处。接着我们设置了一个类似的发送socket然后使用uv_udp_send向DHCP服务器在67端口发送广播。
设置广播发送是非常必要的否则你会接收到EACCES错误。和此前一样如果在读写中出错返回码0。
因为UDP不会建立连接因此回调函数会接收到关于发送者的额外的信息。
当没有可读数据后nread等于0。如果addr是null它代表了没有可读数据回调函数不会做任何处理。如果不为null则说明了从addr中接收到一个空的数据报。如果flag为UV_UDP_PARTIAL则代表了内存分配的空间不够存放接收到的数据了在这种情形下操作系统会丢弃存不下的数据。
udp-dhcp/main.c - Reading packets
void on_read(uv_udp_t *req, ssize_t nread, const uv_buf_t *buf, const struct sockaddr *addr, unsigned flags) {if (nread 0) {fprintf(stderr, Read error %s\n, uv_err_name(nread));uv_close((uv_handle_t*) req, NULL);free(buf-base);return;}char sender[17] { 0 };uv_ip4_name((const struct sockaddr_in*) addr, sender, 16);fprintf(stderr, Recv from %s\n, sender);// ... DHCP specific codeunsigned int *as_integer (unsigned int*)buf-base;unsigned int ipbin ntohl(as_integer[4]);unsigned char ip[4] {0};int i;for (i 0; i 4; i)ip[i] (ipbin i*8) 0xff;fprintf(stderr, Offered IP %d.%d.%d.%d\n, ip[3], ip[2], ip[1], ip[0]);free(buf-base);uv_udp_recv_stop(req);
}UDP Options
生存时间Time-to-live 可以通过uv_udp_set_ttl更改生存时间。 只允许IPV6协议栈 在调用uv_udp_bind时设置UV_UDP_IPV6ONLY标示可以强制只使用ipv6。 组播 socket也支持组播可以这么使用 UV_EXTERN int uv_udp_set_membership(uv_udp_t* handle,const char* multicast_addr,const char* interface_addr,uv_membership membership);其中membership可以为UV_JOIN_GROUP和UV_LEAVE_GROUP。 这里有一篇很好的关于组播的文章。 可以使用uv_udp_set_multicast_loop修改本地的组播。 同样可以使用uv_udp_set_multicast_ttl修改组播数据报的生存时间。设定生存时间可以防止数据报由于环路的原因会出现无限循环的问题。
Querying DNS
libuv提供了一个异步的DNS解决方案。它提供了自己的getaddrinfo。在回调函数中你可以像使用正常的socket操作一样。让我们来看一下例子
dns/main.c
int main() {loop uv_default_loop();struct addrinfo hints;hints.ai_family PF_INET;hints.ai_socktype SOCK_STREAM;hints.ai_protocol IPPROTO_TCP;hints.ai_flags 0;uv_getaddrinfo_t resolver;fprintf(stderr, irc.freenode.net is... );int r uv_getaddrinfo(loop, resolver, on_resolved, irc.freenode.net, 6667, hints);if (r) {fprintf(stderr, getaddrinfo call error %s\n, uv_err_name(r));return 1;}return uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}如果uv_getaddrinfo返回非零值说明设置错误了因此也不会激发回调函数。在函数返回后所有的参数将会被回收和释放。主机地址请求服务器地址还有hints的结构都可以在这里找到详细的说明。如果想使用同步请求可以将回调函数设置为NULL。
在回调函数on_resolved中你可以从struct addrinfo(s)链表中获取返回的IP最后需要调用uv_freeaddrinfo回收掉链表。下面的例子演示了回调函数的内容。
dns/main.c
void on_resolved(uv_getaddrinfo_t *resolver, int status, struct addrinfo *res) {if (status 0) {fprintf(stderr, getaddrinfo callback error %s\n, uv_err_name(status));return;}char addr[17] {\0};uv_ip4_name((struct sockaddr_in*) res-ai_addr, addr, 16);fprintf(stderr, %s\n, addr);uv_connect_t *connect_req (uv_connect_t*) malloc(sizeof(uv_connect_t));uv_tcp_t *socket (uv_tcp_t*) malloc(sizeof(uv_tcp_t));uv_tcp_init(loop, socket);uv_tcp_connect(connect_req, socket, (const struct sockaddr*) res-ai_addr, on_connect);uv_freeaddrinfo(res);
}libuv同样提供了DNS逆解析的函数uv_getnameinfo。
Network interfaces
可以调用uv_interface_addresses获得系统的网络接口信息。下面这个简单的例子打印出所有可以获取的信息。这在服务器开始准备绑定IP地址的时候很有用。
interfaces/main.c
#include stdio.h
#include uv.hint main() {char buf[512];uv_interface_address_t *info;int count, i;uv_interface_addresses(info, count);i count;printf(Number of interfaces: %d\n, count);while (i--) {uv_interface_address_t interface info[i];printf(Name: %s\n, interface.name);printf(Internal? %s\n, interface.is_internal ? Yes : No);if (interface.address.address4.sin_family AF_INET) {uv_ip4_name(interface.address.address4, buf, sizeof(buf));printf(IPv4 address: %s\n, buf);}else if (interface.address.address4.sin_family AF_INET6) {uv_ip6_name(interface.address.address6, buf, sizeof(buf));printf(IPv6 address: %s\n, buf);}printf(\n);}uv_free_interface_addresses(info, count);return 0;
}is_internal可以用来表示是否是内部的IP。由于一个物理接口会有多个IP地址所以每一次while循环的时候都会打印一次。
