再次用到socket編程，將socket相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)做了簡單整理，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上大家的整理，又做了一些調(diào)整和匯總。

API列表

sokect常見的API大致有列表里面這么多，不同平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)可能有些微的差別，下面對常用API的參數(shù)和用法做了逐個(gè)整理。

socket(int, int, int)
socketpair(int, int, int, int [2])
bind(int, const sockaddr *, socklen_t)
connect(int, const sockaddr *, socklen_t)
listen(int, int)
accept(int, sockaddr *, socklen_t *)
accept4(int, sockaddr *, socklen_t *, int)
send(int, const void *, size_t, int)
sendto(int, const void *, size_t, int, const sockaddr *, socklen_t)
recv(int, void *, size_t, int)
recvfrom(int, void *, size_t, int, sockaddr *, socklen_t *)
shutdown(int, int)
setsockopt(int, int, int, const void *, socklen_t)
getsockopt(int, int, int, void *, socklen_t *)
getsockname(int, sockaddr *, socklen_t *)
getpeername(int, sockaddr *, socklen_t *)
recvmsg(int, msghdr *, int)
sendmsg(int, msghdr *, int)

socket()函數(shù)

int socket(int domain, int type, int protocol);

1. socket函數(shù)對應(yīng)于普通文件的打開操作。

2. 普通文件的打開操作返回一個(gè)文件描述符，而**socket()**用于創(chuàng)建一個(gè)socket描述符（socket descriptor），它唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)socket。

3. socket描述符跟文件描述符一樣，后續(xù)的操作都有用到它，把它作為參數(shù)，通過它來進(jìn)行一些讀寫操作。

參數(shù):

• domain: 即協(xié)議域，又稱為協(xié)議族（family），常用的協(xié)議組有：

  • AF_INET（ipv4地址（32位的）與端口號(hào)（16位的）的組合）
  • AF_INET6（ IPv6 的地址族）
  • AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）（用一個(gè)絕對路徑名作為地址）
  • AF_ROUTE

• type: 指定socket類型，常用的socket類型有：

  • SOCK_STREAM
  • SOCK_DGRAM
  • SOCK_RAW
  • SOCK_PACKET
  • SOCK_SEQPACKET等等

• protocol：指定協(xié)議，常用的協(xié)議有：

  • IPPROTO_TCP（TCP傳輸協(xié)議）
  • IPPTOTO_UDP（UDP傳輸協(xié)議）
  • IPPROTO_SCTP（STCP傳輸協(xié)議）
  • IPPROTO_TIPC等（TIPC傳輸協(xié)議）

  📣 注意：并不是上面的type和protocol可以隨意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當(dāng)protocol為0時(shí)，會(huì)自動(dòng)選擇type類型對應(yīng)的默認(rèn)協(xié)議。

bind()函數(shù)

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

1. 在套接口中，一個(gè)套接字只是用戶程序與內(nèi)核交互信息的樞紐，它自身沒有太多的信息，也沒有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議地址和端口號(hào)等信息，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)候，必須把一個(gè)套接字與一個(gè)地址相關(guān)聯(lián)，這個(gè)過程就是地址綁定的過程。

2. 許多時(shí)候內(nèi)核會(huì)我們自動(dòng)綁定一個(gè)地址，調(diào)用connect()、listen()時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)隨機(jī)分配一個(gè)端口。

3. 然而有時(shí)用戶可能需要自己來完成這個(gè)綁定的過程，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，最典型的情況是一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程需要綁定一個(gè)眾所周知的地址或端口以等待客戶來連接。這個(gè)事由bind()的函數(shù)完成。

參數(shù)：

• sockfd: 即socket描述符，它是通過socket()函數(shù)創(chuàng)建了，唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)socket。bind()函數(shù)就是將給這個(gè)描述符綁定一個(gè)名字。
• addr: 一個(gè)const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址。addrlen：地址的長度。

比如alsa-lib/aserver/aserver.c中make_inet_socket函數(shù)的代碼：

	struct sockaddr_in addr;int sock;sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock < 0) {int result = -errno;SYSERROR("socket failed");return result;}memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(sock, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr)) < 0) {return -errno;}

addr這個(gè)地址結(jié)構(gòu)是根據(jù)地址創(chuàng)建socket時(shí)的地址協(xié)議族的不同而不同，這里是sockaddr_in，將addr初始化后轉(zhuǎn)化為struct sockaddr *類型作為參數(shù)傳入。

struct sockaddr_in {short int sin_family;        /* 通信類型 2bytes */unsigned short int sin_port; /* 端口    2bytes */struct in_addr sin_addr;     /* Internet 地址 4bytes */unsigned char sin_zero[8];};
/* Internet address. */
struct in_addr {uint32_t       s_addr;      /* address in network byte order */
};

原來的sockaddr的格式是(16個(gè)字節(jié))：

struct sockaddr {unsigned short sa_family;    /* 地址家族, AF_xxx */char sa_data[14];            /* 14字節(jié)協(xié)議地址 */
};

可以看出sockaddr_in和sockaddr二者長度一樣，都是16個(gè)字節(jié)，即占用的內(nèi)存大小是一致的，因此可以互相轉(zhuǎn)化。

sockaddr和sockaddr_in對比

• sockaddr常用于bind、connect、recvfrom、sendto等函數(shù)的參數(shù)，指明地址信息，是一種通用的套接字地址。

• sockaddr_in是internet環(huán)境下套接字的地址形式。所以在網(wǎng)絡(luò)編程中我們會(huì)對sockaddr_in結(jié)構(gòu)體進(jìn)行操作，使用sockaddr_in來建立所需的信息，最后使用類型轉(zhuǎn)化就可以了。

• 一般先把sockaddr_in變量賦值后，強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換后傳入用sockaddr做參數(shù)的函數(shù)。

• sockaddr_in用于socket定義和賦值。

• sockaddr用于函數(shù)參數(shù)。

Unix域?qū)?yīng)的是sockaddr_un，總共120個(gè)字節(jié)：

#define UNIX_PATH_MAX    108struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */
};

📣

通常服務(wù)器在啟動(dòng)的時(shí)候都會(huì)綁定一個(gè)眾所周知的地址（如ip地址+端口號(hào)），用于提供服務(wù)，客戶就可以通過它來接連服務(wù)器。

而客戶端就不用指定，有系統(tǒng)自動(dòng)分配一個(gè)端口號(hào)和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會(huì)調(diào)用bind()，而客戶端就不會(huì)調(diào) 用，而是在connect()時(shí)由系統(tǒng)隨機(jī)生成一個(gè)。

listen()函數(shù)

int listen(int sockfd, int backlog);

1. listen函數(shù)在一般在調(diào)用bind之后，調(diào)用accept之前調(diào)用。

2. 作為一個(gè)服務(wù)器，在調(diào)用socket()，bind()之后就會(huì)調(diào)用listen()來監(jiān)聽這個(gè)socket。

3. listen函數(shù)使用主動(dòng)連接套接口變?yōu)楸贿B接套接口，使得一個(gè)進(jìn)程可以接受其它進(jìn)程的請求，從而成為一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程。在TCP服務(wù)器編程中l(wèi)isten函數(shù)把進(jìn)程變?yōu)橐粋€(gè)服務(wù)器，并指定相應(yīng)的套接字變?yōu)楸粍?dòng)連接。

4. 當(dāng)調(diào)用listen之后，服務(wù)器進(jìn)程就可以調(diào)用accept來接受一個(gè)外來的請求。

參數(shù)：

• sockfd:：socket描述符，唯一的id。
• backlog：相應(yīng)socket可以排隊(duì)的最大連接個(gè)數(shù)。

connect()函數(shù)

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

1. 客戶端通過調(diào)用connect函數(shù)來建立與TCP服務(wù)器的連接。

2. 客戶端調(diào)用connect()發(fā)出連接請求，服務(wù)器端就會(huì)接收到這個(gè)請求。

3. connect()函數(shù)返回后并不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而是要等服務(wù)器端 accept 之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4. 成功返回0，失敗返回-1。當(dāng)客戶端調(diào)用 connect（）函數(shù)之后，發(fā)生以下情況之一才會(huì)返回：

   • 服務(wù)器端接收連接請求

   • 發(fā)生斷網(wǎng)的異常情況而終端連接請求

參數(shù)：

• sockfd：客戶端建立socket函數(shù)的返回值。
• addr：指定所要連接的服務(wù)器的地址，服務(wù)器的socket地址（要和服務(wù)端的實(shí)際IP地址以及綁定的端口一致才可以）。
• addrlen：socket協(xié)議地址的長度，可由sizeof()計(jì)算得出。

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accept()函數(shù)

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

1. TCP服務(wù)器端依次調(diào)用socket()、bind()、listen()之后，就會(huì)監(jiān)聽指定的socket地址了。

2. TCP客戶端依次調(diào)用socket()、connect()之后就向TCP服務(wù)器發(fā)送了一個(gè)連接請求。

3. TCP服務(wù)器監(jiān)聽到這個(gè)請求之后，就會(huì)調(diào)用accept()函數(shù)取接收請求，這樣連接就建立好了。

4. 然后就可以開始網(wǎng)絡(luò)I/O操作了，即類同于普通文件的讀寫I/O操作。

參數(shù)：

• sockfd：服務(wù)器的socket描述符。
• addr：指向struct sockaddr *的指針，用于返回給客戶端的協(xié)議地址。
• addrlen：socket協(xié)議地址的長度。

send()函數(shù)

int send(int sockfd, const void *buf, int len, int flags);

參數(shù)：

• sockfd：想要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字描述符。
• buf：指向發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針。
• flags：一般設(shè)置為0.

1. send()返回實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，可能小于你要求發(fā)送的長度，在錯(cuò)誤的時(shí)候返回SOCKET_ERROR(-1)，并設(shè)置errno。

2. send()只是發(fā)送它可能發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果send()返回的數(shù)據(jù)和len不匹配，就需要將剩下的數(shù)據(jù)發(fā)送完。

3. send()先比較待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度len和套接字sockfd的發(fā)送緩沖的長度， 如果len大于sockfd的發(fā)送緩沖區(qū)的長度，該函數(shù)返回SOCKET_ERROR。

4. 如果len小于或者等于sockfd的發(fā)送緩沖區(qū)的長度，那么send()先檢查協(xié)議是否正在發(fā)送s的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)，如果是就等待協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)送完，如果協(xié)議還沒有開始發(fā)送sockfd的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)或者sockfd的發(fā)送緩沖中沒有數(shù)據(jù)，那么send就比較sockfd的發(fā)送緩沖區(qū)的剩余空間和len:

   • 如果len大于剩余空間大小，send()就一直等待協(xié)議把sockfd的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)發(fā)送完。

   • 如果len小于剩余空間大小，send()就僅僅把buf中的數(shù)據(jù)copy到剩余空間里（注意并不是send()把sockfd的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)傳到連接的另一端的，而是協(xié)議傳的，send僅僅是把buf中的數(shù)據(jù)copy到s的發(fā)送緩沖區(qū)的剩余空間里）。

   • 如果協(xié)議在后續(xù)的傳送過程中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤的話，那么下一個(gè)Socket函數(shù)就會(huì)返回SOCKET_ERROR。

📣

每一個(gè)除send外的Socket函數(shù)在執(zhí)行的最開始總要先等待套接字的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)被協(xié)議傳送完畢才能繼續(xù)，如果在等待時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，那么該Socket函數(shù)就返回 SOCKET_ERROR。

在Unix系統(tǒng)下，如果send在等待協(xié)議傳送數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)斷開的話，調(diào)用send的進(jìn)程會(huì)接收到一個(gè)SIGPIPE信號(hào)，進(jìn)程對該信號(hào)的默認(rèn)處理是進(jìn)程終止。

異步socket的send函數(shù)在網(wǎng)絡(luò)剛剛斷開時(shí)還能發(fā)送返回相應(yīng)的字節(jié)數(shù)，同時(shí)使用select檢測也是可寫的，但是過幾秒鐘之后，再send就會(huì)出錯(cuò)了，返回-1。select也不能檢測出可寫了。

recv()函數(shù)

int recv(int sockfd, FAR void *buf, size_t len, int flags)

參數(shù)：

• sockfd：要讀的套接字描述符。
• buf：讀取數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• len：緩沖區(qū)的最大長度。
• flags：一般設(shè)置為0.

1. recv()返回實(shí)際讀入緩沖的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)?；蛘咴阱e(cuò)誤的時(shí)候返回SOCKET_ERROR(-1)，同時(shí)設(shè)置errno。

2. 當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用recv函數(shù)時(shí)，recv先等待sockfd的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)被協(xié)議傳送完畢。

3. 如果sockfd的發(fā)送緩沖中沒有數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)被協(xié)議成功發(fā)送完畢后，recv先檢查套接字sockfd的接收緩沖區(qū)，如果sockfd接收緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)或者協(xié)議正在接收數(shù)據(jù)，那么recv就一直等待，只到協(xié)議把數(shù)據(jù)接收完畢。

4. 當(dāng)協(xié)議把數(shù)據(jù)接收完畢，recv函數(shù)就把sockfd的接收緩沖中的數(shù)據(jù)copy到buf中（注意協(xié)議接收到的數(shù)據(jù)可能大于buf的長度，所以在這種情況下要調(diào)用幾次recv()函數(shù)才能把sockfd的接收緩沖中的數(shù)據(jù)copy完。

5. recv()函數(shù)僅僅是copy數(shù)據(jù)，真正的接收數(shù)據(jù)是協(xié)議來完成的。

6. 如果recv函數(shù)在等待協(xié)議接收數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中斷了，那么它返回0。在Unix系統(tǒng)下，如果recv函數(shù)在等待協(xié)議接收數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)斷開了，那么調(diào)用recv的進(jìn)程會(huì)接收到一個(gè)SIGPIPE信號(hào)，進(jìn)程對該信號(hào)的默認(rèn)處理是進(jìn)程終止。

shutdown()函數(shù)

int shutdown(int sockfd,int howto);

參數(shù)：

• sockfd：socket文件描述符。
• howto：如何控制斷連過程。
  • SHUT_RD：值為0，關(guān)閉連接的讀這一半。
  • SHUT_WR：值為1，關(guān)閉連接的寫這一半。
  • SHUT_RDWR：值為2，連接的讀和寫都關(guān)閉。

終止網(wǎng)絡(luò)連接的通用方法是調(diào)用close函數(shù)，但使用shutdown能更好的控制斷連過程。

sendto()函數(shù)

int sendto(int sockfd,const void *buf,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen
);

參數(shù)：

• sockfd：socket文件描述符。
• buf：發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
• len：發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
• flags：該參數(shù)一般為0。
• dest_addr：（可選）指明數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)地址。
• addrlen：（可選）目標(biāo)地址長度，一般為：sizeof(struct sockaddr_in)。

對于sendto()函數(shù)，成功則返回實(shí)際傳送出去的字符數(shù)，失敗返回-1，錯(cuò)誤原因存于errno中。

一般情況下，send()、recv()在TCP協(xié)議下使用，sendto()、recvfrom()在UDP協(xié)議下使用，也可以在TCP協(xié)議下使用，不過用的很少。

在無連接的socket方式下，由于本地socket并沒有與遠(yuǎn)端機(jī)器建立連接，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)指明目的地址，所以該函數(shù)比send()函數(shù)多了兩個(gè)參數(shù)dest_addr和addrlen。

recvfrom()函數(shù)

int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int lags,struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen
);

參數(shù)：

• sockfd：socket文件描述符。
• buf：接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
• len：接收緩沖區(qū)長度。
• flags：調(diào)用操作方式。
• src_addr：（可選）如果src_addr不為NULL，并且底層協(xié)議提供了源地址，則會(huì)填充此源地址。當(dāng)src_addr為NULL時(shí)，不填寫任何內(nèi)容。
• addrlen：（可選）指向from緩沖區(qū)長度值。

對于recvfrom()函數(shù)，成功則返回接收到的字符數(shù)，失敗則返回-1，錯(cuò)誤原因存于errno中。

recvfrom()用于從套接字接收消息，并且可用于接收套接字上的數(shù)據(jù)，無論它是否面向連接。

其他相關(guān)函數(shù)

poll()函數(shù)

int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

參數(shù)：

• fdarray：一個(gè)結(jié)構(gòu)體，用來保存各個(gè)描述符的相關(guān)狀態(tài)。

• nfds：fdarray數(shù)組的大小，即里面包含有效成員的數(shù)量。

• timeout：設(shè)定的超時(shí)時(shí)間（以毫秒為單位）。

select()函數(shù)和poll()函數(shù)均是主要用來處理多路I/O復(fù)用的情況。比如一個(gè)服務(wù)器既想等待輸入終端到來，又想等待若干個(gè)套接字有客戶請求到達(dá)，這時(shí)候就需要借助select或者poll函數(shù)了。

select()函數(shù)

int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

參數(shù)：

• nfds：本參數(shù)忽略，僅起到兼容作用。
• readfds：指針，指向一組等待可讀性檢查的套接口。
• writefds：指針，指向一組等待可寫性檢查的套接口。
• exceptfds：指針，指向一組等待錯(cuò)誤檢查的套接口。
• timeout：select()最多等待時(shí)間，對阻塞操作則為NULL。

Select系統(tǒng)調(diào)用是用來讓我們的程序監(jiān)視多個(gè)文件描述符的狀態(tài)變化的。

使用select就可以完成非阻塞方式工作的程序，它能夠監(jiān)視我們需要監(jiān)視的文件描述符的變化情況。

fcntl()函數(shù)

int fcntl(int sockfd, int cmd, ... /* arg */);

參數(shù)：

• sockfd：套接字描述符。
• cmd：操作命令。
• arg：與cmd關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。

返回值：
如果成功，返回的值將取決于指定的 cmd。 如果不成功，fcntl() 返回-1并將errno設(shè)置為以下之一：

• EBADF：套接字參數(shù)不是有效的套接字描述符。
• EINVAL：arg參數(shù)不是有效標(biāo)志，或者cmd參數(shù)不是有效命令。

fcntl()實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，不是socket的API，用于對打開的文件描述符執(zhí)行操作，比如獲取或設(shè)置文件描述符標(biāo)志（更改O_APPEND或O_NONBLOCK狀態(tài)標(biāo)志）。

有以下操作命令可供使用:

• F_DUPFD：復(fù)制文件描述符。
• FD_CLOEXEC：設(shè)置close-on-exec標(biāo)志，如果FD_CLOEXEC位是 0，執(zhí)行exec相關(guān)函數(shù)后文件句柄保持打開，反之則關(guān)閉。
• F_GETFD：讀取文件描述符標(biāo)志。
• F_SETFD：設(shè)置文件描述符標(biāo)志。
• F_GETFL：獲取套接字描述符套接字的狀態(tài)標(biāo)志.
• F_SETFL：設(shè)置套接字描述符套接字的狀態(tài)標(biāo)志。

如將sockfd設(shè)置為非阻塞方式：

int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

將sockfd設(shè)置為非阻塞方式:

int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);

close()函數(shù)

int close(int sockfd);

close()一個(gè)套接字的默認(rèn)行為是把套接字標(biāo)記為已關(guān)閉，然后立即返回到調(diào)用進(jìn)程，該套接字描述符不能再由調(diào)用進(jìn)程使用。

STREAM流模式和DGRAM數(shù)據(jù)報(bào)模式的區(qū)別

📣 “TCP是一種流模式的協(xié)議，UDP是一種數(shù)據(jù)報(bào)模式的協(xié)議”

為什么這樣說，這是基于TCP和UDP的工作方式定義的。

TCP的定義

• 傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。

TCP的工作方式可以這樣理解：

大概就像輸油管道一樣，需要建立連接，數(shù)據(jù)大小不固定：

1. 發(fā)送方和接收方建立連接（三次握手）
2. 發(fā)送方和接收方通過TCP連接交換字節(jié)流。例如發(fā)送方藥發(fā)送80字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)送端先傳10字節(jié)，又傳20字節(jié)，再傳50字節(jié)，連接的另一方將無法了解發(fā)方每次發(fā)送了多少字節(jié)。接收方只要自己的接收緩存沒有塞滿，TCP接收方將有多少就收多少。發(fā)送方將字節(jié)流放到TCP連接上，接收方就接受多少信息。
3. 發(fā)送方發(fā)送完消息會(huì)通知接收方關(guān)閉連接（四次揮手）

UDP的定義

• 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP，User Datagram Protocol）。是一種無需建立連接、不可靠的、基于數(shù)據(jù)包的傳輸層通信協(xié)議

UDP的工作方式可以這樣理解：

大概就像發(fā)短信一樣，不需要建立連接，數(shù)據(jù)大小固定：
發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝到數(shù)據(jù)包中，發(fā)送給接收方，接收方會(huì)接收這個(gè)數(shù)據(jù)包。

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參考

手撕Linux Socket——Socket原理與實(shí)踐分析
秒懂流模式和數(shù)據(jù)報(bào)模式