Linux 系統程式開發備忘錄 (七)：網路通訊 Socket API 完整速查

Linux 系統程式開發備忘錄 (七)：網路通訊 Socket API 完整速查

Socket 是網路程式設計的核心介面。本筆記系統整理 Socket 建立、綁定、監聽、連接、資料收發、地址轉換、選項設定、關閉等全生命週期 API，涵蓋 IPv4、IPv6、Unix 域、UDP/TCP，適合網路程式開發者隨時查閱。

Socket 生命週期 (TCP 伺服器)

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 建立
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); // 綁定
listen(sockfd, backlog);                         // 監聽
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli, &len); // 接受連接
// 收發資料
recv(connfd, buf, len, flags);
send(connfd, buf, len, flags);
close(connfd); close(sockfd); // 關閉

核心 API 速查表

地址結構體

// IPv4
struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; // AF_INET
    in_port_t sin_port;     // 網路序端口
    struct in_addr sin_addr; // s_addr: 網路序 IP
    char sin_zero[8];       // 填充對齊
};

// IPv6
struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t sin6_family; // AF_INET6
    in_port_t sin6_port;
    uint32_t sin6_flowinfo;
    struct in6_addr sin6_addr; // 16 bytes
    uint32_t sin6_scope_id;
};

// Unix 域
struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family; // AF_UNIX
    char sun_path[108];     // 路徑，以\0結尾
};

位序轉換

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t host); // 主機序→網路序 (16位)
uint32_t htonl(uint32_t host); // 主機序→網路序 (32位)
uint16_t ntohs(uint16_t net);  // 網路序→主機序
uint32_t ntohl(uint32_t net);
// 字串↔二進制 IP
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); // 字串→結構
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, size_t size); // 結構→字串

名稱解析 (現代 API)

#include <netdb.h>
int getaddrinfo(const char *host, const char *service,
                const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);
// 返回鏈表 res，包含 sockaddr 可直接用於 socket/bind/connect
void freeaddrinfo(struct addrinfo *res);

Unix 域 Socket 進程間通訊

int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
// 建立一對已連接的 Unix 域 socket，用於父子進程/無親緣進程高效通訊

高效檔案傳輸

#include <sys/sendfile.h>
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);
// 零拷貝：核心空間直接在兩個 fd 間傳輸，避免用戶態拷貝

熟練掌握 Socket API 全景，是構建高效、穩健網路服務的基石。