python实现简单的hello/hi程序

python socket编程及Python/Linux Socket API对比

socket简介

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

我们可以简单的理解：socket=ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序。ip与port的结合socket就标识了互联网中一个唯一的程序。

socket分类

有时人们把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”（最初套接字产生的地方为加利福尼亚大学伯克利分校）。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。 

1基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

2基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET

所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候只使用AF_INET

此外还有两类鉴于实验需求不到，我们并不详细介绍。它们是：

AF_NETLINK 基于用户级别和内核级别代码之间的进程通信
AF_TIPC 基于服务器集群通信，不需要ip寻址

socket工作流程

我们先分析服务器端：服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。

在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。

客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

我们的hello/hi程序也按照上图所示的结构进行编程。

python下编写简单的hello/hi程序

服务端通过被动监听方式，监听客户端的连接请求，获取客户端发送的信息，并给客户端回信息。

server.py服务端

#一个简单的hi/hello聊天 server端
#!/usr/bin/env python3
# coding=utf-8
import socket
#制定socket连接所用的ip地址和端口号
host='127.0.0.1'
port=12345
#创建基于AF_INET地址族，TCP的一个套接字(服务端)
serv_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#bind进行绑定ip及端口号()
serv_sock.bind((host,port))
#listen监听()
serv_sock.listen(10)
#等待客户端连接
print("waiting for client connect!")

#被动接收客户端的连接
clnt_sock,addr=serv_sock.accept()
print("the client: ",addr,"is connecting")
while True:
    #accept并在服务端打印客户端信息：
    data=clnt_sock.recv(1024)
    if not data:
        print("disconnect!")
        clnt_sock.close()
        break
    print("client: "+ data.decode("utf-8"))
    #返回给客户端消息
    msg = input("server: ")
    clnt_sock.send(msg.encode("utf-8"))

serv_sock.close()

客户端连接上服务端，并给其发送信息，同时获取服务端所回信息。输入exit时，断开socket连接。

client.py客户端

#client客户端
#!/usr/bin/env python3
# coding=utf-8
import socket
#制定socket连接所用的ip地址和端口号
host='127.0.0.1'
port=12345

#创建同样的套接字(客户端)
sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

#connect()
sock.connect((host,port))
while True:
    msg = input('input:')
    if msg == 'exit':
        break
    sock.send(msg.encode("utf-8")) #向服务端发送信息
    recive=sock.recv(1024)
    recive=recive.decode("utf-8")
    print("server: "+ recive)
else:
    sock.close()

 运行截图

服务端

通过python3 ./server.py运行

客户端

通过python3 ./client.py运行

检查连接情况

我们可以通过netstat -an查看到最后一行的tcp连接已经建立

 

也可以通过ss -t  state established查询已经建立的状态情况

Python/Linux Socket API对比

使用strace命令进行追溯

strace python3 ./client.py

我们在输出中找到我们需要的和socket调用相关的部分

然后分析python和linux下的API调用对比关系

python	Linux
socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)	socket(PF_INET, SOCK_STREAM|SOCK_CLOEXEC, IPPROTO_IP) = 3
serv_sock.bind((host,port))	bind(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("0.0.0.0")},16)=0
serv_sock.accept()	accept(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("127.0.0.1")},[16]))=4
connect((host,port))	connect(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("127.0.0.1")},[16]))=4

通过strace命令简单的追溯，我们发现python中调用的socket相关API接口，在linux底层下都有相应的API与之对应