ACE Socket Wrapper Facade

ACE Socket Wrapper Facade

1：Socket API

1.1 IPC（进程间通信）

　　IPC分为本地IPC（同一计算机上的不同进程）和远程IPC（网络互联的不同计算机），本地IPC的机制有共享内存（shared memory）、管道（pipe）、信号（signal）等，远程IPC的机制有Socket、X25电路、WIN32命名管道（named pipe）。

1.2 Socket API

　　应用程序可以用Socket API中的C函数创建、管理本地通信端点（endpoint），即socket套接字。一个socket可以通过一个handle访问。在windows中，socket句柄和其他I\O句柄不能互换。

　　Socket API包含20多个系统函数，这些函数分为以下5类：

　　从服务类型（stream流、datagram数据报）、连接角色（active connection establishment主动连接端，常作为client；passive connection establishment被动连接端，常作为server）、通信领域（local or remote）几个方面，对socket api进行分组，得到socket空间分布图：

1.3 Socket API局限

　　原始Socket API有以下几个局限性：容易出错、复杂、不可移植。C++ Network Program v1的2.3.1节指出socket api的数个问题。比如，sockaddr_in变量必须手动初始化，必须用htons将“主机字节顺序转换为网络字节顺序”，服务端必须按照顺序写入bind、linsten、accept，缺乏命名规范等。

2 ACE Socket Wrapper Facade

 　　ACE定义了一组C++类，用来解决第一节提到的Socket API局限性，ACE Socket Wrapper Facade提供的ACE类有：

　　这些ACE类的UML关系图如下：

　

　　按照1.2节分类维度，将这些ACE类组合分层成如下空间图。

 

 2.1 ACE Socket地址簇：ACE_Addr和ACE_INET_Addr

　　头文件“ace/Addr.h”和“ace/INET_Addr.h”。

　　ACE_Addr和ACE_INET_Addr的构造函数实现了对通用地址的封装，避免了手动分配sockaddr_in的麻烦工作。ACE_Addr和ACE_INET_Addr的类图如下所示：

 　　ACE_INET_Addr内部封装了sockaddr_in，其构造函数内部会先调用reset清空sockaddr_in，然后调用set为sockaddr_in赋值。此外，ACE_Addr类还有一个static成员函数sap_any，可用作系统随机分配端口号。ACE_INET_Addr的一个例子为：

ACE_INET_Addr      lAddr(atoi(port.c_str()),ip.c_str());

 

2.2 ACE Socket机制

2.2.1 ACE_IPC_SAP

　　头文件“ace/IPC_SAP.h”

　　ACE_IPC_SAP是ACE IPC wrapper facade的根节点，为其他ACE wrapper facade提供了基本的"I\O句柄"操作能力。此外，ACE_IPC_SAP是一个抽象类，其构造函数声明在类的protected内，外部无法实例化。其主要方法为：

　　enable和disable成对出现，用于启动或禁用某个IO选项。ACE库内给出的释义如下：

/* Enable asynchronous I/O (ACE_SIGIO), urgent data ACE_SIGURG), non-blocking I/O (ACE_NONBLOCK), or close-on-exec (ACE_CLOEXEC), which is passed as the @a value. */
  int enable (int value) const;

 2.2.2 ACE_SOCK

　　头文件“ace/SOCK.h”

　　ACE_SOCK是ACE SOCK wrapper facade的根节点，从ACE_IPC_SAP派生，ACE_SOCK内部调用socket()方法创建了socket对象（ACE_SOCK内部open方法内），如下：

this->set_handle (ACE_OS::socket (protocol_family, type,protocol,protocolinfo,g,flags));

 　　注意：该方法在连接器ACE_SOCK_Connector的connect()方法和接收器ACE_SOCK_Acceptor的open()方法中被调用。

　　除了ACE_IPC_SAP的方法外，ACE_SOCK还提供对socket的管理方法。ACE_IPC_SAP和ACE_SOCK的类关系图如下所示：

　　ACE_SOCK对socket的管理方法释义如下：

　　与ACE_IPC_SAP类似，ACE_SOCK的构造函数也是protected类型，仅作为抽象类供子类实例化。

　　

2.2.3 ACE_SOCK_IO和ACE_SOCK_Stream

　　头文件“ace/SOCK_IO.h”和“ace/SOCK_Stream.h”

　　ACE_SOCK提供了socket对象，ACE_SOCK_IO和ACE_SOCK_Stream提供socket的数据传输操作，作为一个“仅用作数据传输”的对象存在。ACE_SOCK_IO和ACE_SOCK_Stream的类关系图如下：

　　ACE_SOCK_Stream提供的主要输出方法如下：

　　其中，recvv_n()和sendv_n()使用结构体iovec，iovec定义如下：

　　struct iovec
   {
     /// byte count to read/write
     u_long iov_len;
     /// data to be read/written
     char *iov_base;

     // WSABUF is a Winsock2-only type.
#  if defined (ACE_HAS_WINSOCK2) && (ACE_HAS_WINSOCK2 != 0)
     operator WSABUF &(void) { return *((WSABUF *) this); }
#  endif /* defined (ACE_HAS_WINSOCK2) && (ACE_HAS_WINSOCK2 != 0) */
   };

 

 　　ACE_SOCK_Stream的IO控制超时的方法如下：

2.3 ACE Socket通信机制：ACE_SOCK_Connector和ACE_SOCK_Acceptor

　　2.2节提供了ACE Socket的socket对象，本节将给出ACE Socket的通信行为连接器ACE_SOCK_Connector和接收器ACE_SOCK_Acceptor。

 2.3.1 ACE_SOCK_Connector

 　　头文件“ace/SOCK_Connector.h”

　　ACE_SOCK_Connector类图如下：

　　connect和complete方法说明如下：

　　对connect超时的控制如下：

　　ACE_SOCK_Connector没有自己的句柄，其connect()方法会接收一个ACE_SOCK_Stream参数，ACE_SOCK_Connector借用这个参数建立主动连接。ACE_SOCK_Connector的实例不存储状态，因此，一个ACE_SOCK_Connector的实例可以在多线程程序中重用，无需加锁。

2.3.2 ACE_SOCK_Acceptor

 　　头文件“ace/SOCK_Acceptor.h”

　　ACE_SOCK_Acceptor的类图如下：

　　open和accept方法说明：

　　ACE_SOCK_Acceptor总是以正确的顺序调用socket、bind、listen函数。

2.4 本章小结

　　本章介绍了ACE Socket 的8个类，但常用的只有地址类ACE_INET_Addr、字节流类ACE_SOCK_Stream、连接器ACE_SOCK_Connector和接收器ACE_SOCK_Acceptor，其余类都是作为基类存在。第3章将针对本章涉及的类和方法，展现ACE客户端和服务端实例代码。

3 举个栗子

　　客户端和服务端共享头文件head.h：

#include <iostream>

#include "ace/INET_Addr.h"
#include "ace/SOCK_Stream.h"
#include "ace/SOCK_Acceptor.h"
#include "ace/SOCK_Connector.h"
#include "ace/Time_Value.h"

using namespace std;

#ifdef _DEBUG
#pragma comment(lib,"ACEd.lib")
#else
#pragma comment(lib,"ACE.lib")
#endif

　　客户端代码：

#include "head.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    ACE_INET_Addr    addr(8890,std::string("127.0.0.1").c_str());
    ACE_SOCK_Stream s;
    ACE_SOCK_Connector    c;
    ACE_Time_Value    t(2,0);
    if (c.connect(s,addr,&t)==-1)
    {
        int errorCode = ACE_OS::last_error();
        cout<<"connector has failed"<<endl;
        return 0;
    }
    else
    {
        char* c1 = "ACE ";
        ACE_Time_Value    d(2,0);
        if (s.send(c1,4,&d) == -1)
        {
            cout<<"send has failed"<<endl;
            return 0;
        }
        char buf[BUFSIZ];
        ssize_t st = s.recv(buf,BUFSIZ,NULL);
        if (st > 0)
        {
            buf[st] = 0;
            cout<<buf<<endl;
            ::Sleep(6000);
        }
        else
        {
            cout<<"recv has failed"<<endl;
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

　　服务端代码：

#include "head.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    ACE_INET_Addr    addr(8890,std::string("127.0.0.1").c_str());
    ACE_SOCK_Stream s;
    ACE_SOCK_Acceptor    a;
    ACE_Time_Value    t(2,0);
    if (a.open(addr)==-1)
    {
        int errorCode = ACE_OS::last_error();
        cout<<"acceptor has failed"<<endl;
        return 0;
    }
    else
    {
        while (true)
        {
            if (a.accept(s) == -1)
            {
                return 0;
            }
            else
            {
                ACE_INET_Addr r_addr,l_addr;
                s.get_remote_addr(r_addr);
                char addr_str[BUFSIZ];
                r_addr.addr_to_string(addr_str,BUFSIZ);
                cout<<"remote address is "<<addr_str<<endl;

                s.get_local_addr(l_addr);
                l_addr.addr_to_string(addr_str,BUFSIZ);
                cout<<"local address is "<<addr_str<<endl;

                char buf[BUFSIZ];
                ssize_t st = s.recv(buf,BUFSIZ,NULL);
                if (st > 0)
                {
                    buf[st]=0;
                    cout<<"receive message : "<<buf<<endl;
                }

                char* cs = "Hello";
                if (s.send(cs,5,&t) == -1)
                {
                    cout<<"send has failed"<<endl;
                    return 0;
                }
            }
        }
    }
    return 1;
}

　　客户端只输出了Hello，比较简单，就不截图展示了。服务端截图如下：

参考书：C++ Network Program v1，Mastering complexity with ACE and Patterns。