根据教师ppt，介绍网络编程（Network Programming）的基本概念，展示一些简单的程序和一些基本的概念（进程，系统调用，文件标识符，信号）。

目录

一.Network Programming

二.使用Linux进行C语言程序开发的基本知识

三.网络编程相关的基本概念

3.1socket套接字

3.2process进程

3.2.1 进程，母进程，PID

3.2.2 相关系统调用

3.2.3 代码示例，重点解释fork和execve这两个函数

3.3file descriptor文件描述符

3.3.1文件描述符和文件读写方式

3.3.2 文件访问权限

3.3.3 文件权限常量，文件打开方式常量，光标位置常量

3.3.4 与文件读写相关的系统调用

3.3.5 代码示例

3.4system call系统调用​

3.5signal信号

一.Network Programming

教师给出的定义：

可见：1.首先，网络编程的目的是为了写出能够利用network进行远程通信的程序（program）（程序一旦运行就可以被认为是进程，而进程是通信的对象或说端点）。

2.其次，这里由于是在讲编程，所以用了术语program。准确的说法应该是process，因为网络通信的端点是进程。进程的概念在本篇文章的下半部分会讲。

教师进一步限定了我们这门课程所说的NP的范围：我们基于Linux OS、C语言、Ethernet和TCP/IP协议进行网络编程，并且为了隐藏运输层及其以下各层的实现细节，我们使用socket（套接字）编程，这样我们就可以如上图所示利用各种系统调用（system call）来使用底层的协议（TCP/UDP/IP等等）。可见我们专注于应用层协议的实现（写出的程序是应用层的）。

二.使用Linux进行C语言程序开发的基本知识

编译源文件，并指定产生的可执行文件的名字：

gcc helloworld.c -o helloworld.out

man查询手册
man 1 +命令 这里的1表示为查询的是Linux命令

man 2 xxx 这里的2表示为查询的是linux api

man 3 xxx 这里的3表示为查询的是C库函数

三.网络编程相关的基本概念

3.1socket套接字

具体的解释在我的这篇文章里面：(13条消息) C/Linux网络编程III--套接字与两个重要的结构体_竹某的博客-CSDN博客

目前就理解为“进程模型”，等于“主机IP地址+进程端口号”，标识了通信的一个端点。

一个socket pair标识了一个通信过程。

3.2process进程

3.2.1 进程，母进程，PID

教师给出的定义：

 理解process的定义，就需要分清楚process和program。两者的关系就像Java中object和class的关系，前者是系统分配内容的基本单位，而后者只是静态的代码而已。所以，一个程序自然可以对应很多进程；而一个进程可以调用很多程序，使之变为进程（其子进程，对应一个母进程）。

每一个进程都有其唯一的标识符PID（process identification），类型为整型。范围为[0,32767]。而且每一个进程都有其母进程（parent process）。不过这里有一个问题：我们在不断求进程的母进程时一定会有一个终点。这个终点是唯一的吗？这个终点的母进程是谁？先放着。

3.2.2 相关系统调用

与进程有关的系统调用：

System call	函数原型	解释
创建一个子进程	pid_t fork();	pid_t就是int类型，无参数；创建成功，在父进程中返回子进程的pid，在子进程中返回0；失败，返回负数。（一次调用，返回两次）
返回当前进程的pid	pid_t getpid();	返回当前进程的pid，类型为int（typedef pid_t int）。
返回当前进程的父进程的pid	pid_t getppid();
结束进程并释放所有相关资源	int exit(int);	参数是什么，返回值就是什么。exit(0)表明该进程正常退出；exit(-1)或exit(1)表明程序非正常退出。
新程序执行函数。之所以叫新程序的执行，原因是这部分内容一般发生在fork()之后，在子进程中通过系统调用execve()可以将新程序加载到子进程的内存空间。这个操作会丢弃原来的子进程execve()之后的部分，而子进程的栈、数据会被新进程的相应部分所替换。即除了进程ID之外，这个进程已经与原来的进程没有关系了。	int execve(const char *filename, char *const argv[ ], char *const envp[ ]);	函数执行成功时没有返回值，执行失败时的返回值为-1。argv和envp是传给新程序的参数，均以NULL为最后一个元素。注意后两个参数的数据类型都是字符串数组，即char**。filename是可执行文件的路径。

3.2.3 代码示例，重点解释fork和execve这两个函数

#include 
#include 
#include 
#include 
//here is the program helping me learn about system calls related to PROCESS--FORK() GETPID() GETPPID()
int main(void){
        int count = 0;//variable that will be duplicated to its child process
        pid_t t = -1;//variable that will be duplicated to its child process

        //the branch starts: child process parrallels with its parent process 
        t = fork();
        printf("fork returned: %dn",t);
        if(t < -1){
                puts("fail to create a child process");
        }
        else if(t == 0){
                puts("----------------------------");
                puts("it's now in Child Process");
                printf("t = %dn",t);//to verify fork() returns 0 in the child process
                printf("Child Process PID: %dn",getpid());
                printf("Its Parent Process PID: %dn",getppid());
                count++;
                printf("COUNT = %dn",count);//tp verify the child process get a copy of data from its parent
                puts("----------------------------");
        }
        else{
                puts("----------------------------");
                puts("it's now in Parent Process");
                printf("t = %dn",t);//to verify fork() returns child process's pid in parent prcoess
                printf("Parent Process: %dn",getpid());
                printf("Its Children Process: %dn",t);
                printf("Its Parent Process PID: %dn",getppid());
                printf("COUNT = %dn",count);
                puts("----------------------------");
        }
        return 0;
}

对应的结果是：

问题在于子进程的父进程居然是1，这个让人不理解。先留着。不过看一下教师的ppt吧，那个例子可以。 

 这说明：

1.父进程执行到fork()函数时，产生进程的并行分支（该父进程与自己创建的子进程并行，父进程的变量被复制给子进程。注意，分支是在fork()处就开始了：fork以及fork之后的代码会被父子进程分别执行）。

2.fork()在父子进程中分别有返回值（在父进程中返回子进程pid，在子进程中返回0）。

3.想让父子进程分别执行不同的代码，可以利用fork不同的返回值进行if判断，如上所示。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void){
        char* argv[] = {"family","dad","mun","son",NULL};
        char* envp[] = {0,NULL};
        int t = fork();
        if(t == 0){
                puts("It's now in Child Process!");
                execve("./processImage.out",argv,envp);
                puts("this line will never be performed!");
        }
        puts("this line performed in parent process but not in child process!");
        return 0;

}

#include 
int main(int argc,char* argv[],char* envp[]){
        int i;
        puts("It's now in the process image running a new program!");
        for(i = 0;i < argc;++i){
                printf("argv[%d]=%sn",i,argv[i]);
        }

        return 0;
}

结果为：

1.很明显，execv.out在子进程中调用了processImage.out，并将含有family等字符串的数组交给了它。 这个打印功能是由processImage.out提供的。

2.puts("this line will never be performed!");是子进程中execve后的代码，这个被舍弃掉了，不会执行。子进程中同样没有执行puts("this line performed in parent process but not in child process!");。这个也被舍弃了，只在父进程中被执行了一次。
                                 

3.3file descriptor文件描述符

3.3.1文件描述符和文件读写方式

在Linux OS中，一切皆文件。不光是输入输出设备（标准输入设备是键盘，标准输出设备是显示屏）被看作是文件，可以进行读写操作；就连一个套接字也可以被看作是一个文件。

在一个点对点的通信过程中，通信的两个端点各自建立一个socket，作为参与通信的进程的输入/输出缓冲区。如果向要A点向B点发送字符串"I'm here!"，就需要向系统为A进程分配的输入缓冲区写入该字符串；通信过程如果没有丢包或是延迟的话，B进程的输出缓冲区就会得到这一字符串。

正如栈中的内存空间需要变量名标识，文件也需要文件描述符标识。这样我们就可以在读写操作中指定文件了。不过这里需要对文件读写方式进行说明。事实上，Linux系统和C语言库分别为我们提供了一套文件读写函数：

 Linux OS为我们提供的文件读写方式是使用file descriptor来标识文件的，而C语言的读写方式是基于文件流来标识文件的。本门课程使用Linux OS提供的文件读写方式。

3.3.2 文件访问权限

 在存放文件的目录下键入Linux命令ls -l，能够显示当下目录中所有文件/子目录的详细信息。在这里我们只关心前十个字符，比如“-rw-rw-r--”。这个十个字符可以被拆为两部分：第一个字符标识类型，d代表文件夹，-代表普通文件；后九个字符标识了文件的读写权限。

后九个字符可以三三三分组，分别标识u、g、o三类用户的访问权限。u表示创建该文件的用户对文件的权限，g表示创建该文件的用户所在的组的用户对该文件的权限，o表示其他人的权限。r表示读的权限，w表示写的权限，-表示执行的权限。执行的权限只对可执行文件有意义。

比如client.out这一可执行文件的权限是：user访问权限为可读可写可执行，group的执行权限为可读可写可执行，而其他人可读可写不可执行。

3.3.3 文件权限常量，文件打开方式常量，光标位置常量

在相关的系统调用前先说明这些概念，这样有助于我们更好地理解后续的系统调用。

文件权限常量

我们创建文件时，需要指定文件的权限。相应的常量是：

S_IRUSR
用户可以读    =OX(00400)
S_IWUSR
用户可以写    =OX(00200)
S_IXUSR
用户可以执行    =OX(00100)
S_IRWXU
用户可以读、写、执行    =OX(00700)
S_IRGRP
组可以读    =OX(00040)
S_IWGRP
组可以写    =OX(00020)
S_IXGRP
组可以执行    =OX(00010)
S_IRWXG
组可以读写执行    =OX(00070)
S_IROTH
其他人可以读    =OX(00004)
S_IWOTH
其他人可以写    =OX(00002)
S_IXOTH
其他人可以执行    =OX(00001)
S_IRWXO    
其他人可以读、写、执行    =OX(00007)
S_ISUID            //这个不用管    =OX(10000)
设置用户执行ID
S_ISGID            //这个不用管    =OX(01000)
设置组的执行ID

后面用五位八进制表示了该常量对应的数值（这些常量全都是int类型的）。这五位八进制数OX(abcde)的各位分别对应：a对应是否设置用户的执行ID（本课程不要求了解，设成0就好了），b对应是否设置组的执行ID（本课程不要求了解，设成0就好了），cde分别代表ugo（user,group和others）的权限。r权限被视为4（八进制的4和十进制一样），w权限被视为2，执行权限被视为1。这样，c=7表明用户同时具有rwx权限，c=6表明用户只有rw权限，c=5表明用户只有rx权限，c=4表明用户只有r权限，c=3表明用户只有wx权限，c=2表明用户只有w权限，c=1表明用户只有x权限。组和其他人也是一样。        另外由于对于二进制而言，或运算可以认为是加法运算，而且r+w+x最高为7，不会产生进位，所以10701等价于S_ISUID | S_IRWXU | S_IXOTH。

文件打开方式常量

O_RDONLY
以只读的方式打开文件
O_WRONLY
以只写的方式打开文件
O_RDWR
以读写的方式打开文件
O_APPEND
以追加的方式打开文件
O_CREAT
创建一个文件
O_TRUNC
如果文件已经存在，则删除文件的内容

我们在打开文件时，需要指定文件打开方式，以确定我们本次操作的权限——这是受限于我们对该文件拥有的权限的。比如你如果只对文件拥有rx权限，就不能在打开该文件时使用O_WRONLY。

这些也都是int常量。其中O_RDONLY、O_WEONLY和O_RDWR不可以相或。我们这门课只用的到只读、只写和读写以及创建。

光标位置常量

我们在往文件中写入内容时需要指定光标的位置。我们往文件中添加的内容是直接在光标前的，不信的话你现在打以下字，你就会发现你打出的字符出现在光标的前面。下面的这些常量全都是long型的。光标相对于文件开头的位置由光标偏移量（offset）定义。光标在文件开头处的offset为0，每多一个字符offset++。

SEEK_SET文件开头   0
SEEK_CUR当前光标位置
SEEK_END文件尾

3.3.4 与文件读写相关的系统调用

函数原型	参数返回值库	作用
int open (char *pathname, int flag, int mode); int open(const char *pathname, int flag);	return：创建/打开文件失败返回-1，否则返回文件标识符。 parameter：pathname为文件的路径。flag指定文件的打开方式（可以使用文件的打开方式常数）。mode用于在创建文件时（flag = O_CREATE）指定文件的权限（可以使用文件权限常数）。	三个参数的形式用于创建文件；两个参数的形式用于打开文件。
int close (int filedes);	return：0表示文件关闭成功，-1表示文件关闭失败。 parameter：filedes表示想要关闭的文件的标识符。	用于关闭文件
int read (int filedes, char *buff, unsigned int nbytes);	reutrn：返回-1表示读取失败；成功返回nbytes即读取的字符数。 parameter：filedes表示进行读取的文件的文件标识符，buff用于存放读取内容的字符数组，nbytes本次读取的字符数。	用于从指定文件中读取指定长度的内容并存放到指定的字符串中
int write (int filedes, char *buff, unsigned int nbytes);	reutrn：返回-1表示读取失败；成功返回nbytes即写入的字符数。 parameter：filedes表示进行写入的文件的文件标识符，buff用于存放写入内容的字符数组，nbytes本次写入的字符数。	用于向指定文件中写入指定长度的内容
long lseek (int filedes, long offset, int whence);	return：返回光标相对于文件开头偏移量 parameter：filedes为文件标识符，offset为相对于参照点的光标偏移量（光标与参照点间的字符数量），whence为参照点，可以设置为光标位置常量。	用于调整光标的位置。
int creat(char *pathname,int mode);	return：负数表示失败，而且不同的值对于不同的失败原因；正数表示创建成功，且为文件标识符。 parameter：参见open函数	创建文件

3.3.5 代码示例

程序一：理解open和create使用的文件权限常量。file1.out通过creat（注意没有e，不是create）和open分别创建文件file1_1.txt和file1_2.txt。希望的结果是file1_1.txt的权限为rw-r--r--，file1_2.txt的权限是r---w----。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void){
        //create file1_1.txt
        int fd1 = creat("./file1_1.txt",0644);//the highest bit 0 stands for this is in OCT
        if(fd1 < 0){
                printf("fail to create file1_1.txtn");
        }

        //create file1_2.txt
        int fd2 = open("./file1_2.txt",O_CREAT,0420);
        if(fd2 < 0){
                printf("fail to create file1_1.txtn");
        }
        return 0;
}

 程序二.写源文件file2.c，作用是往file1_1中中写入一些内容："Los Angels FC and PhiladelphiaXXXXn"要求先写入Philadelphia Union，再写入Los Angels。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void){
        char club1[] = "Los Angeles ";
        char club2[] = "PhiladelphiaXXXXn";
        int fd = open("file1_1.txt",O_RDWR);
        if(fd < -1){
                printf("fail to open file1_1.txtn");
                exit(1);
        }
        if(fd > 0){
                write(fd,club2,sizeof(club2) - 1);
                lseek(fd,0,SEEK_SET);
                write(fd,club1,sizeof(club1) - 1);

        }


        return 0;
}

这表明，O_WRONLY和O_RDWR都是覆写（清空全部内容，之后写），而不是续写（append）。第二，光标向前移动，并且键入内容时，光标不会“挤开”后续的字符，而是会直接覆写。

第三个程序为课件上的。

 

3.4system call系统调用

 理解为Linux/Unix内核提供的函数就行。

3.5signal信号