socket编程的第一个函数-getaddrinfo()

• 英文小册原文地址：​​beej.us/guide/bgnet…​​
• 作者：Beej
• 中文翻译地址：​​www.chanmufeng.com/posts/netwo…​​

现将目录贴下：

• ​​什么是socket​​

• ​​两种Socket​​
• ​​漫谈网络​​

• ​​IP地址、struct以及地址转换​​

• ​​IP地址，IPv4和IPv6​​
• ​​子网​​
• ​​字节序​​
• ​​socket相关的数据结构​​
• ​​再谈IP地址​​

• ​​从IPv4迁移到IPv6​​
• ​​System call​​

• ​​getaddrinfo()—准备开始！​​
• socket()—拿到文件描述符！
• bind()—我在监听哪个端口?
• connect()—嘿，你好啊！
• listen()—会有人联系我吗?
• accept()—感谢呼叫3490端口
• send() and recv()—跟我唠唠吧，宝儿!
• sendto() and recvfrom()—用DGRAM风格跟我说话
• close() and shutdown()—滚犊子！
• getpeername()—你哪位?
• gethostname()—我是谁?

• Client-Server基础

• 一个简单的流服务器
• 一个简单的流客户端
• Datagram Sockets

• 技术进阶

• Blocking—何谓阻塞？
• poll()—同步的I/O多路复用
• select()—老古董的同步I/O多路复用
• 数据只传了一部分怎么办？
• Serialization-如何封装数据？
• 数据封装
• 广播数据包-大声说「Hello，World」

这一章，我们将走进系统调用（System Call），这些系统调用允许我们访问Linux设备或其他任何支持Socket API设备（比如BSD、Windows、Linux、Mac等）的网络功能。当你调用某个系统调用时，内核将接管一切，自动为你处理接下来的一切任务。

多数人觉得网络编程很难是因为不知道什么时候该调用什么函数，这个问题在man手册里是找不到解决方案的。为了带大家走出困境，接下来我就按照一般的调用顺序来给大家讲解每一个系统调用，你在写程序的时候就按照这个顺序调用就行了。

要想看懂接下来散落各处的代码片段，你需要备点牛奶和饼干了，还多少需要备点决心和勇气，然后你就能将socket编程玩儿得风生水起了，不知道的还以为你得了Jon Postel真传呢！

Jon Postel是互联网的巨擘，他的发明作品包括但不限于​​SMTP协议​​​、​​FTP协议​​​、​​UDP协议​​。

需要说明的是，为了简洁，很多代码片段并没有包含必要的错误检查。比如文章会始终假设​​getaddrinfo()​​ 会调用成功。在编写生产环境代码时尤其需要注意这一点。

这是socket编程中非常重要的一个函数，它有非常多的参数，但是别害怕，用起来其实非常简单。这个函数的作用是帮你设置之后需要的struct。

稍微提一嘴它的历史：它的前身是用来做DNS查询的​​gethostbyname()​​​，当时还需要你手动把数据设置到​​struct sockaddr_in​​中呢。谢天谢地，现在不用了。

使用​​getaddrinfo()​​​可以帮助你写出兼容IPv4和IPv6的代码，甚至在帮你进行DNS查询和service name查询之后，还会自动将你需要的信息填充到​​struct​​中，咱就说多牛！

看一眼长啥样先。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>

int getaddrinfo(const char *node,     // e.g. "www.example.com" or IP
                const char *service,  // e.g. "http" or port number
                const struct addrinfo *hints,
                struct;

你传给它3个参数（其实是4个，但是第4个只是个声明的变量而已），它给你返回一个指向链表的指针​​res​​。

其中，​​node​​参数是你想进行连接的服务器的域名，或者IP地址。

​​service​​​参数可以是个端口号，比如“​​80​​​”，或者是一个特定服务的名称，比如“​​http​​​”、“​​ftp​​​”、“​​telnet​​​”、“​​smtp​​” 等。

最后，​​hints​​​参数指向了一个需要你设置相关参数的​​struct addrinfo​​。

常用端口号以及服务名可以参见 ​​The IANA Port List​​​或者Unix设备上的​​/etc/services​​文件

接下来给一个服务端程序监听本机IP地址和​​3490​​端口的例子。需要注意的是，代码示例中并没有做监听（listen）和任何网络设置的工作，只是简单设置了之后会用到数据结构而已。

int status;
struct addrinfo hints;
struct addrinfo *servinfo;  // will point to the results

memset(&hints, 0, sizeof hints); // make sure the struct is empty
hints.ai_family = AF_UNSPEC;     // don't care IPv4 or IPv6
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; // TCP stream sockets
hints.ai_flags = AI_PASSIVE;     // fill in my IP for me

if ((status = getaddrinfo(NULL, "3490", &hints, &servinfo)) != 0) {
    fprintf(stderr, "getaddrinfo error: %s\n", gai_strerror(status));
    exit(1);
}

// servinfo 现在指向了包含1个或多个addrinfo结构的链表

// ... do everything until you don't need servinfo anymore ....

freeaddrinfo(servinfo); // free the linked-list

注意，我将​​ai_family​​​设置成了​​AF_UNSPEC​​​，也就意味着我压根不在意我们用IPv4还是IPv6。如果你想精确指定IPv4或者IPv6的话请使用​​AF_INET​​​或​​AF_INET6​​。

你可能注意到了，我把​​ai_flags​​​设置为了​​AI_PASSIVE​​​，意思是告诉​​getaddrinfo()​​​函数把我本机的IP设置到​​servinfo​​​中，这样我就不用将​​getaddrinfo()​​​的第一个参数（如果忘了是啥意思，看看上文）硬编码了，直接设置成​​NULL​​就行了。

然后我们就调用​​getaddrinfo()​​​了。如果函数报错（返回值不为0），我们会使用​​gai_strerror()​​​函数将错误打印出来。如果程序正常运行，那么​​servinfo​​​最终就会指向一个由​​struct addrinfo​​​链接形成的链表，链表中每一个元素都会包含一个我们之后会用到的​​struct sockaddr​​。

最后，​​getaddrinfo()​​​会在堆内存中创建​​servinfo​​​指向的链表，使用完之后一定要使用​​freeaddrinfo()​​进行内存释放。

再给一个客户端代码的例子，我们假设客户端想连接到域名为“​​www.chanmufeng.com​​​”，端口为​​3490​​的服务器。再次强调，代码片段中省略了实际进行链接的部分，只是简单设置了之后会用到数据结构而已。

int status;
struct addrinfo hints;
struct addrinfo *servinfo;  // will point to the results

memset(&hints, 0, sizeof hints); // make sure the struct is empty
hints.ai_family = AF_UNSPEC;     // don't care IPv4 or IPv6
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; // TCP stream sockets

// get ready to connect
status = getaddrinfo("www.chanmufeng.com", "3490", &hints, &servinfo);

// servinfo now points to a linked list of 1 or more struct addrinfos

// etc.

这段代码比server端的代码还简单，就不过多解释了。

接着我们综合使用一下我们学过的知识，写一段稍微长一丢丢的demo，这个demo的作用是打印你在命令行上指定的任何主机的IP地址。

/*
** showip.c -- show IP addresses for a host given on the command line
*/

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char
{
    struct addrinfo hints, *res, *p;
    int status;
    char ipstr[INET6_ADDRSTRLEN];

    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr,"usage: showip hostname\n");
        return 1;
    }

    memset(&hints, 0, sizeof hints);
    hints.ai_family = AF_UNSPEC; // AF_INET or AF_INET6 to force version
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;

    if ((status = getaddrinfo(argv[1], NULL, &hints, &res)) != 0) {
        fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(status));
        return 2;
    }

    printf("IP addresses for %s:\n\n", argv[1]);

    for(p = res;p != NULL; p = p->ai_next) {
        void *addr;
        char *ipver;

        // get the pointer to the address itself,
        // different fields in IPv4 and IPv6:
        if (p->ai_family == AF_INET) { // IPv4
            struct sockaddr_in *ipv4 (struct sockaddr_in *)p->ai_addr;
            addr = &(ipv4->sin_addr);
            ipver = "IPv4";
        } else { // IPv6
            struct sockaddr_in6 *ipv6 = (struct sockaddr_in6 *)p->ai_addr;
            addr = &(ipv6->sin6_addr);
            ipver = "IPv6";
        }

        // convert the IP to a string and print it:
        inet_ntop(p->ai_family, addr, ipstr, sizeof ipstr);
        printf("  %s: %s\n", ipver, ipstr);
    }

    freeaddrinfo(res); // free the linked list

    return 0;
}

程序使用你在命令行中输入的参数来调用​​getaddrinfo()​​​，然后我们就得到了​​res​​指向的链表，遍历链表每个节点我们就能得到全部的IP信息。

运行方式如下：

$ showip www.example.net
IP addresses for www.example.net:

  IPv4: 192.0.2.88

$ showip ipv6.example.com
IP addresses for ipv6.example.com:

  IPv4: 192.0.2.101
  IPv6: 2001:db8:8c00:22::171

现在一切尽在我们掌握之中了，我们可以将​​getaddrinfo()​​​自动为我们填充好的数据传递给其他的socket函数，这就是把​​getaddrinfo()​​函数放在第一位进行介绍的原因了。

更多socket系统调用，请期待下篇。