C++ Socket send recv 循環(huán)發(fā)送和接收阻塞與緩沖區(qū)

沁水映月 2022-10-20 發(fā)布于江蘇

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重點(diǎn)：socket數(shù)據(jù)發(fā)送與接收問(wèn)題

數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是獨(dú)立的，并不是發(fā)送方執(zhí)行一次send，接收方就執(zhí)行以此recv。recv函數(shù)不分Send幾次，都會(huì)從輸入緩沖區(qū)盡可能多的Receive數(shù)據(jù)。如果發(fā)送方發(fā)送了多次信息，接收方?jīng)]來(lái)得及進(jìn)行recv，則數(shù)據(jù)堆積在輸入緩沖區(qū)中，取數(shù)據(jù)的時(shí)候會(huì)都取出來(lái)。換句話說(shuō)，recv并不能判斷數(shù)據(jù)包的結(jié)束位置。

send函數(shù)：
在數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送的時(shí)候，需要先檢查輸出緩沖區(qū)的可用空間大小，如果可用空間大小小于要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則send會(huì)被阻塞，直到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)，有了足夠的空間之后，send函數(shù)才會(huì)將數(shù)據(jù)寫入輸出緩沖區(qū)。

TCP協(xié)議正在將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)候，輸出緩沖區(qū)會(huì)被鎖定（生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題），不允許寫入，send函數(shù)會(huì)被阻塞，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完，輸出緩沖區(qū)解鎖，此時(shí)send才能將數(shù)據(jù)寫入到輸出緩沖區(qū)。

要寫入的數(shù)據(jù)大于輸出緩沖區(qū)的最大長(zhǎng)度的時(shí)候，要分多次寫入，直到所有數(shù)據(jù)都被寫到緩沖區(qū)之后，send函數(shù)才會(huì)返回。

recv函數(shù)：
函數(shù)先檢查輸入緩沖區(qū)，如果輸入緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，讀取出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，否則的話，recv函數(shù)會(huì)被阻塞，等待網(wǎng)絡(luò)上傳來(lái)數(shù)據(jù)。如果讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，沒(méi)法一次性將所有數(shù)據(jù)讀出來(lái)，需要多次執(zhí)行recv函數(shù)，才能將數(shù)據(jù)讀取完畢。

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套接字的概念及分類

在網(wǎng)絡(luò)中，要全局的標(biāo)識(shí)一個(gè)參與通信的進(jìn)程，需要三元組：協(xié)議，IP地址以及端口號(hào)。要描述兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間的端到端的通信關(guān)聯(lián)需要五元組：協(xié)議，信源主機(jī)IP，信源應(yīng)用進(jìn)程端口，信宿主機(jī)IP，信宿應(yīng)用進(jìn)程端口。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的通信連接，提出了套接字的概念。套接字可以理解為通信連接的一端，將兩個(gè)套接字連接在一起，可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程之間的通信。
針對(duì)不同的通信需求，TCP/IP中提供了三種不同的套接字：
（1）流套接字（SOCK_STREAM）
流套接字用于面向連接，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它之所以能實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，是因?yàn)樗褂昧藗鬏斂刂茀f(xié)議–TCP。適合傳輸大量的數(shù)據(jù)，但是不支持廣播和組播。
（2）數(shù)據(jù)報(bào)套接字（SOCK_DGRAM）
數(shù)據(jù)報(bào)套接字提供了一種無(wú)連接的服務(wù)，通信雙方不需要建立任何顯示連接，數(shù)據(jù)可以發(fā)送到指定的套接字。數(shù)據(jù)報(bào)套接字使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持廣播和組播方式。
（3）原始套接字（SOCK_RAW）
原始套接字與標(biāo)準(zhǔn)套接字（上面兩個(gè)）區(qū)別在于：原始套接字可以讀寫內(nèi)核沒(méi)有處理的IP數(shù)據(jù)報(bào)，流套接字只能讀寫TCP數(shù)據(jù)報(bào)，數(shù)據(jù)報(bào)套接字只能讀寫UDP數(shù)據(jù)報(bào)。原始套接字的主要目的是避開(kāi)TCP/IP的處理機(jī)制，被傳送的數(shù)據(jù)報(bào)可以直接傳送給需要他的程序。主要用于編寫自定義地層協(xié)議的應(yīng)用程序。

WinSock函數(shù)

1.WSAStartup函數(shù)：
功能：用于初始化WinSock，即檢查系統(tǒng)中是否有Windows Sockets的實(shí)現(xiàn)庫(kù)。
格式：int WSAStartup(WORD wVersionRequest, LPWSADATA lpWSAData)。
參數(shù)：wVersionRequest使用WinSock的最低版本號(hào)，lpWSAData是WSADATA指針。
返回值：函數(shù)成功調(diào)用返回0，失敗時(shí)返回非0。
說(shuō)明：此函數(shù)是應(yīng)用程序調(diào)用的第一個(gè)WinSock函數(shù)，只有在該函數(shù)調(diào)用成功后才能調(diào)用其他WinSock函數(shù)。

2.socket函數(shù)：
功能：為應(yīng)用程序創(chuàng)建套接字。
格式：SOCKET socket(int af, int type, int protocol)。
參數(shù)：af-套接字使用的協(xié)議地址族，如果使用TCP或者UDP，只能使用AF_INET；type-套接字協(xié)議類型，如SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM；protocol-套接字使用的特定協(xié)議，如果不希望特別指定協(xié)議類型，則設(shè)置為0。
返回值：函數(shù)成功調(diào)用后返回一個(gè)新的套接字，是一個(gè)無(wú)符號(hào)的整型數(shù)據(jù)；失敗時(shí)返回INVALID_SOCKET。
說(shuō)明：應(yīng)用程序在使用套接字通信之前，必須擁有一個(gè)套接字。

3.bind函數(shù)：
功能：實(shí)現(xiàn)套接字與主機(jī)本地IP地址和端口號(hào)的綁定。
格式：int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen)。
參數(shù)：s-將要綁定的套接字；name-與指定協(xié)議有關(guān)的地址結(jié)構(gòu)指針；namelen-name參數(shù)的長(zhǎng)度。
返回值：函數(shù)成功時(shí)返回0；失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。

4.listen函數(shù)：
功能：設(shè)定套接字為監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，準(zhǔn)備接收由客戶機(jī)進(jìn)程發(fā)出的連接請(qǐng)求。
格式：int listen(SOCKET s, int backlog)。
參數(shù)：s-已綁定地址，但還未建立連接的套接字標(biāo)識(shí)符；backlog-指定正在等待連接的最大隊(duì)列長(zhǎng)度。
返回值：函數(shù)成功時(shí)返回0；失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。
說(shuō)明：僅適用于面向連接的套接字，且用于服務(wù)器進(jìn)程。

5.connect函數(shù)：
功能：提出與服務(wù)器建立連接的請(qǐng)求，如果服務(wù)器進(jìn)程接受請(qǐng)求，則服務(wù)器進(jìn)程與客戶機(jī)進(jìn)城之間便建立了一條通信連接。
格式：int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen )。
參數(shù)：s-欲要建立連接的套接字；name-指向通信對(duì)方的套接字地址結(jié)構(gòu)指針，表示s欲與其建立連接；namelen-name參數(shù)的長(zhǎng)度。
返回值：函數(shù)成功時(shí)返回0；失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。
說(shuō)明：在客戶機(jī)進(jìn)程調(diào)用該方法請(qǐng)求建立連接時(shí)，將激活建立連接的3次握手，以此來(lái)建立一條與服務(wù)器進(jìn)程的TCP連接。如果該函數(shù)調(diào)用之前沒(méi)有綁定地址，系統(tǒng)自動(dòng)綁定本地地址到此套接字。

6.accept函數(shù)：
功能：接受客戶機(jī)進(jìn)程調(diào)用connect函數(shù)發(fā)出的連接請(qǐng)求。
格式：SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR *addr, int FAR *addrlen)。
參數(shù)：s-處于偵聽(tīng)狀態(tài)的套接字；addr-指向一個(gè)用來(lái)存放發(fā)出連接請(qǐng)求的客戶機(jī)進(jìn)程IP地址信息的地址結(jié)構(gòu)指針；addrlen-addr的長(zhǎng)度。
返回值：調(diào)用成功返回一個(gè)新的套接字，這個(gè)套接字對(duì)應(yīng)于已接受的那個(gè)客戶機(jī)進(jìn)程的連接，失敗時(shí)返回INVALID_SOCKET。
說(shuō)明：用于面向連接的服務(wù)器進(jìn)程，在IP協(xié)議族中只適用于TCP服務(wù)器端。

7.shutdown函數(shù)：
功能：關(guān)閉套接字讀寫通道，即停止套接字接受傳遞的功能。
格式：int shutdown(SOCKET s, int how)。
參數(shù)：s-套接字；how-描述停止哪些操作。
how-0：不再接收消息；
how-1：不再允許發(fā)送消息；
how-2：既不接收消息，也不再發(fā)送消息。
返回值：函數(shù)成功時(shí)返回0；失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。
說(shuō)明：只是停止套接字的功能，并沒(méi)有關(guān)閉套接字，套接字的資源還沒(méi)釋放。

8.closesocket函數(shù)：
功能：關(guān)閉套接字，釋放與套接字關(guān)聯(lián)的所有資源。
格式：int closesocket(SOCKET s)。
參數(shù)：s-將要關(guān)閉的套接字。
返回值：函數(shù)成功時(shí)返回0；失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。
說(shuō)明：當(dāng)套接字s的數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列中還有未發(fā)出的數(shù)據(jù)時(shí)，如果套接字設(shè)定為SO_DONTLINGER，則等待數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列中的數(shù)據(jù)繼續(xù)傳輸完畢關(guān)閉該套接字；如果套接字設(shè)定為SO_LINGER，則分以下兩種情況：
（1）Timeout設(shè)為0，套接字馬上關(guān)閉，數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列中數(shù)據(jù)丟失。
（2）Timeout不為0，等待數(shù)據(jù)傳輸完畢或者Timeout為0時(shí)關(guān)閉套接字。

9.WSACleanup函數(shù)：
功能：終止使用WinSock，釋放為應(yīng)用程序分配的相關(guān)資源。
格式：int WSACleanup()。
參數(shù)：無(wú)。
返回值：調(diào)用成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回非0。
說(shuō)明：該函數(shù)是任何一個(gè)基于WinSock應(yīng)用程序在最后必須調(diào)用的函數(shù)，終止了所有Windows Sockets在所有線程上的操作。

10.recv函數(shù)：
功能：在已建立連接的套接字上接收數(shù)據(jù)。
格式：int recv(SOCKET s, char *buf, int len, int flags)。
參數(shù)：s-已建立連接的套接字；buf-存放接收到的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)指針；len-buf的長(zhǎng)度；flags-調(diào)用方式：
（1）0：接收的是正常數(shù)據(jù)，無(wú)特殊行為。
（2）MSG_PEEK：系統(tǒng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到提供的接收緩沖區(qū)，但是系統(tǒng)緩沖區(qū)內(nèi)容并沒(méi)有刪除。
（3）MSG_OOB：表示處理帶外數(shù)據(jù)。
返回值：接收成功時(shí)返回接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，連接結(jié)束時(shí)返回0，連接失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。

11.send函數(shù)：
功能：在已建立連接的套接字上發(fā)送數(shù)據(jù).
格式：int send(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags)。
參數(shù)：參數(shù)：s-已建立連接的套接字；buf-存放將要發(fā)送的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)指針；len-發(fā)送緩沖區(qū)中的字符數(shù)；flags-控制數(shù)據(jù)傳輸方式：
（1）0：接收的是正常數(shù)據(jù)，無(wú)特殊行為。
（2）MSG_DONTROUTE：表示目標(biāo)主機(jī)就在本地網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)需路由選擇。
（3）MSG_OOB：表示處理帶外數(shù)據(jù)。
返回值：發(fā)送成功時(shí)返回發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，連接結(jié)束時(shí)返回0，連接失敗時(shí)返回SOCKET_ERROR。

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socket緩沖區(qū)

每一個(gè)socket在被創(chuàng)建之后，系統(tǒng)都會(huì)給它分配兩個(gè)緩沖區(qū)，即輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。
這里寫圖片描述

send函數(shù)并不是直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中，而是負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)寫入輸出緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)從輸出緩沖區(qū)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)是由TCP協(xié)議完成的。數(shù)據(jù)寫入到輸出緩沖區(qū)之后，send函數(shù)就可以返回了，數(shù)據(jù)是否發(fā)送出去，是否發(fā)送成功，何時(shí)到達(dá)目標(biāo)主機(jī)，都不由它負(fù)責(zé)了，而是由協(xié)議負(fù)責(zé)。

recv函數(shù)也是一樣的，它并不是直接從網(wǎng)絡(luò)中獲取數(shù)據(jù)，而是從輸入緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。

輸入輸出緩沖區(qū)，系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)socket都單獨(dú)分配，并且是在socket創(chuàng)建的時(shí)候自動(dòng)生成的。一般來(lái)說(shuō)，默認(rèn)的輸入輸出緩沖區(qū)大小為8K。套接字關(guān)閉的時(shí)候，輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，會(huì)由協(xié)議發(fā)送到另一方；而輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)則會(huì)丟失。

socket數(shù)據(jù)發(fā)送與接收問(wèn)題

數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是獨(dú)立的，并不是發(fā)送方執(zhí)行一次send，接收方就執(zhí)行以此recv。recv函數(shù)不管發(fā)送幾次，都會(huì)從輸入緩沖區(qū)盡可能多的獲取數(shù)據(jù)。如果發(fā)送方發(fā)送了多次信息，接收方?jīng)]來(lái)得及進(jìn)行recv，則數(shù)據(jù)堆積在輸入緩沖區(qū)中，取數(shù)據(jù)的時(shí)候會(huì)都取出來(lái)。換句話說(shuō)，recv并不能判斷數(shù)據(jù)包的結(jié)束位置。

循環(huán)發(fā)送和接收

防止send或者 recv不完整，這樣你想發(fā)一個(gè)預(yù)定義函數(shù)<<

幾MB直接調(diào)用下面方法就okay，不會(huì)少發(fā)~

// 循環(huán)發(fā)送和接收
//防止send或者 recv不完整，這樣你想發(fā)一個(gè) 
//幾MB直接調(diào)用下面方法就okay，不會(huì)少發(fā)~
bool SendAll(SOCKET &sock,char*buffer,int size)
{
	while(size>0)
	{
		int SendSize=send(sock,buffer,size,0);
		if(SOCKET_ERROR==SendSize)
		return false;
		size=size-SendSize;//用于循環(huán)發(fā)送且忒出功能
		buffer+=SendSize;//用于計(jì)算已發(fā)buffer的偏移量 
	}
	return true; 
}

bool RecvAll(SOCKET &sock,char*buffer,int size)
{
	while(size>0)//剩余部分大于0 
	int RecvSize=recv(sock,buffer,size,0);
		if(SOCKET_ERROR==SendSize)
		return false;
		size=size-SendSize;//用于循環(huán)發(fā)送且忒出功能
		buffer+=SendSize;//用于計(jì)算已發(fā)buffer的偏移量 
	}
	return true; 
}

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