### UNIX系统网络编程知识点概述
#### 一、基本TCP套接字编程
在UNIX系统中进行网络编程时，TCP套接字是最常见的通信方式之一。它提供了可靠的、面向连接的数据流服务。
- **主机字节序与网络字节序**：
- **主机字节序**：指的是计算机内部如何存储数据的字节顺序。
- **网络字节序**：即大端字节序（Big-Endian），是指高位字节存储在低地址处，低位字节存储在高地址处。网络字节序是TCP/IP协议族中定义的标准字节序，用于确保不同字节序的机器之间能够正确传输数据。
- **字节序转换函数**：
- `htons()` 和 `htonl()`：将主机字节序转换为网络字节序。
- `ntohs()` 和 `ntohl()`：将网络字节序转换为主机字节序。
#### 二、I/O模型
在UNIX系统中，主要有以下几种I/O模型：
- **阻塞I/O**：最常见的I/O模型。当进程发起一个I/O请求后，进程会被阻塞直到请求完成。
- **非阻塞I/O**：与阻塞I/O相反，非阻塞I/O允许进程在等待I/O完成的同时继续执行其他任务。
- **I/O多路复用**：利用`select()`或`poll()`等函数来监控多个文件描述符的状态变化，从而实现对多个I/O操作的高效处理。
- **异步I/O**：在发起I/O请求后，进程不会被阻塞，而是可以继续执行其他任务，当I/O操作完成后，会通过回调或其他机制通知进程。
#### 三、UNIX下高级I/O函数
除了基本的I/O函数外，UNIX还提供了一些高级I/O函数来提高性能和灵活性：
- **pread() / pwrite()**：这些函数提供了定位读写的能力，可以在不改变文件偏移量的情况下进行读写操作。
- **sendfile()**：该函数可以直接在两个文件描述符之间传输数据，而无需用户空间的缓冲区，减少了数据拷贝次数，提高了效率。
- **mmap()**：通过内存映射文件的方式来进行I/O操作，可以大大提高I/O性能，因为它避免了传统的read/write调用中的数据复制。
#### 四、IOCTL操作
`ioctl()`函数允许用户向设备驱动程序发送特定的命令，用于控制设备的行为。例如，可以通过`ioctl()`函数获取网络接口的信息、配置设备参数等。
#### 五、客户/服务器程序设计范例
在客户端/服务器架构中，服务器通常负责监听并响应客户端的请求。
- **创建套接字**：
- `socket()`：创建一个新的套接字，并返回一个文件描述符。
- `bind()`：将套接字与本地地址（IP地址和端口号）关联起来。
- `listen()`：使套接字进入监听状态，准备接收连接请求。
- `accept()`：接受连接请求，并返回新的套接字用于通信。
- **TCP套接字编程**：
- **客户端**：
- 创建套接字。
- 使用`connect()`函数连接到服务器。
- **服务器**：
- 创建并绑定套接字。
- 调用`listen()`进入监听状态。
- 通过`accept()`函数接收客户端的连接请求，并返回新的套接字用于通信。
#### 六、TCP套接字编程函数详解
- **Socket函数**：
- `int socket(int family, int type, int protocol)`：创建一个套接字，其中`family`指定了套接字家族（如`AF_INET`表示IPv4），`type`指定了套接字类型（如`SOCK_STREAM`表示TCP套接字），`protocol`通常设置为0，表示选择默认协议。
- **Connect函数**：
- `int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen);`：用于客户端连接到服务器。`s`是套接字描述符，`name`是指向包含服务器地址信息的结构体的指针，`namelen`是该结构体的长度。
- **Bind函数**：
- `int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen)`：将套接字与本地地址（IP地址和端口号）关联起来。
- **Listen函数**：
- `int listen(int sockfd, int backlog)`：使套接字进入监听状态，准备接收连接请求。`backlog`指定了内核为此套接字排队的最大连接个数。
#### 七、网络地址结构
- **`struct in_addr`**：
- 定义了一个IPv4地址的结构体，其中`s_addr`成员变量是一个32位的IPv4地址，采用网络字节序。
- **`struct sockaddr_in`**：
- 包含了IPv4地址和端口信息的结构体，其中`sin_family`成员变量总是`AF_INET`，`sin_port`存储端口号（网络字节序），`sin_addr`存储IPv4地址。
#### 八、字节序检测示例代码
下面是一个简单的C++程序示例，用于检测当前系统的字节序：
```cpp
#include <iostream>
union {
short s;
char bytes[2];
} un;
short sSample = 0x0102;
un.s = sSample;
if (sizeof(un.s) == 2) {
if (un.bytes[0] == 1 && un.bytes[1] == 2) {
std::cout << "big-endian" << std::endl;
} else if (un.bytes[0] == 2 && un.bytes[1] == 1) {
std::cout << "little-endian" << std::endl;
} else {
std::cout << "unknown" << std::endl;
}
} else {
std::cout << "sizeof short is not 2, but " << sizeof(short) << std::endl;
}
```
### 总结
本篇文章详细介绍了UNIX系统下的网络编程基础知识，包括TCP套接字编程的基本概念、I/O模型、高级I/O函数、IOCTL操作以及客户/服务器程序设计范例。通过学习这些内容，开发者可以更好地理解如何在UNIX环境下进行网络编程。
