Unixソケットプログラミング/通信の全体像
通信の全体像[編集]
| サーバー側 | クライアント側 | |
|---|---|---|
| ソケットの起動と初期化 | socket() | socket() |
| ↓ | ↓ | |
| ソケットにアドレス登録 | bind | |
| ↓ | ↓ | |
| クライアントからの通信待ち | listen | |
| ↓ | ↓ | |
| クライアントがサーバに接続 | ↓ ------------------------- | connect |
| 受付可能の状態でサーバ待機 | accept ------------------------- | |
| ↓ | ↓ | |
| データ送受信 | write() / read() -------------- | write() / read() |
| ↓ | ↓ | |
| データ送受信停止と通信切断 | close() | close() |
骨格となるコード[編集]
- ソケットを作るだけのプログラム
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> int main() { int socket_descriptor = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (socket_descriptor < 0) { perror("Socket creation failed"); return 1; } else { printf("Socket created successfully\n"); } close(socket_descriptor); return 0; }
このコードは、ソケットを作成し、エラーハンドリングを行いながらその結果を表示する簡単なCプログラムです。
以下はコードの詳細な解説です：
- ヘッダーファイルのインクルード
-
- include <stdio.h>: 標準入出力関連の関数やデータ型を使用するためのヘッダーファイルをインクルードします。
- include <stdlib.h>: 標準ライブラリ関連の関数やデータ型を使用するためのヘッダーファイルをインクルードします。
- include <sys/socket.h>: ソケット関連の関数やデータ型を使用するためのヘッダーファイルをインクルードします。
- ソケットディスクリプタの宣言と初期化
- int socket_descriptor = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
- ソケットディスクリプタを整数型の変数 socket_descriptor として宣言し、socket 関数を呼び出して新しいソケットを作成します。AF_INET はIPv4のアドレスファミリを指定し、SOCK_STREAM はTCPソケットを指定します。最後の引数 0 は通常使用されません。
- エラーチェック
- if (socket_descriptor < 0) { ... }
- socket 関数がエラーを返すと、socket_descriptor は負の値となります。この条件文は、ソケットの作成に失敗した場合の処理を行います。
- エラーハンドリング
- perror("Socket creation failed");
- perror 関数を使用してエラーメッセージを表示します。これにより、ソケットの作成に失敗した場合にエラーメッセージが表示されます。
- 成功時の処理
- printf("Socket created successfully\n");
- ソケットの作成が成功した場合、成功メッセージが表示されます。
- ソケットディスクリプタのクローズ
- close(socket_descriptor);
- ソケットディスクリプタをクリーンアップするために close 関数を使用します。これにより、不要なリソースの解放が行われます。
- プログラムの終了
- return 0;
- プログラムが正常に終了したことを示すために、0を返して終了します。
このプログラムは、ソケットの作成に成功したかどうかを確認し、エラーが発生した場合にエラーメッセージを表示するシンプルな例です。ソケットの作成後、適切にクローズすることにより、リソースリークを防ぎます。
よくある典型的な入門的プログラム例[編集]
- クライアント側
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
int client_socket;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[32];
int data_received;
// ソケットの作成
client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_socket == -1) {
perror("ソケットの作成に失敗しました");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 接続先サーバーの設定
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(11111); // サーバーのポート番号（例: 11111）
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // サーバーのIPアドレス
// サーバーに接続
if (connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("サーバーへの接続に失敗しました");
close(client_socket);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// サーバーからデータを受信
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
data_received = read(client_socket, buffer, sizeof(buffer));
if (data_received == -1) {
perror("データの受信に失敗しました");
} else {
printf("受信したデータ: %s\n", buffer);
}
// ソケットの終了
close(client_socket);
return 0;
}
このCプログラムは、ソケットを使用してリモートサーバーに接続し、データを受信する基本的なクライアントプログラムです。
以下はプログラムの主要な要点についての解説です：
- 必要なヘッダーファイルのインクルード
- stdio.h, stdlib.h, string.h: 標準入出力やメモリ操作関連の関数を利用するためのヘッダーファイルをインクルードします。
- sys/types.h, sys/socket.h, netinet/in.h: ソケット関連の関数やデータ型を使用するためのヘッダーファイルをインクルードします。
- unistd.h: クローズ関数を使用するためにヘッダーファイルをインクルードします。
- arpa/inet.h: インターネットアドレス変換関連の関数を使用するためにヘッダーファイルをインクルードします。
- 変数の宣言
- int client_socket: クライアントのソケットディスクリプタを格納する変数。
- struct sockaddr_in server_addr: サーバーへの接続情報を格納する構造体。
- char buffer[32]: 受信したデータを格納するためのバッファ。
- int data_received: 受信したデータのバイト数を格納する変数。
- ソケットの作成
- client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);: socket 関数を使用してクライアント用のソケットを作成します。エラーが発生した場合、perror 関数を使用してエラーメッセージを表示し、プログラムを終了します。
- サーバーへの接続設定
- server_addr.sin_family: アドレスファミリをIPv4 (AF_INET) に設定します。
- server_addr.sin_port: 接続するサーバーのポート番号を指定します（例: 11111）。
- server_addr.sin_addr.s_addr: サーバーのIPアドレスを指定します（例: 127.0.0.1）。
- サーバーへの接続
- connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)): connect 関数を使用してサーバーに接続します。接続に失敗した場合、エラーメッセージを表示し、ソケットをクローズしてプログラムを終了します。
- サーバーからデータの受信
- read(client_socket, buffer, sizeof(buffer)): read 関数を使用してサーバーからデータを受信します。エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示します。正常にデータを受信した場合は、その内容を表示します。
- ソケットのクローズ
- close(client_socket): ソケットをクリーンアップするために close 関数を使用します。
- プログラムの終了
- return 0;: プログラムが正常に終了したことを示すために、0を返して終了します。
このプログラムは、クライアントがサーバーに接続し、データを受信する基本的なソケット通信の例を提供しています。エラーハンドリングが含まれており、エラー時には適切なエラーメッセージが表示されます。
- サーバ側
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
int server_socket; // サーバーソケットのディスクリプタ
int client_socket; // クライアントソケットのディスクリプタ
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
// ソケットの作成
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_socket == -1) {
perror("ソケットの作成に失敗しました");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// ソケット構造体の設定
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(11111); // サーバーのポート番号（例: 11111）
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// ソケットのバインド
if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("バインドに失敗しました");
close(server_socket);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// TCPクライアントからの接続要求を許可
if (listen(server_socket, 5) == -1) {
perror("リッスンに失敗しました");
close(server_socket);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("リッスンしました\n");
// TCPクライアントからの接続要求の待機
client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
if (client_socket == -1) {
perror("接続要求の待機に失敗しました");
close(server_socket);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("接続が確立されました\n");
// 送信
const char *message = "test";
if (write(client_socket, message, strlen(message)) == -1) {
perror("データの送信に失敗しました");
} else {
printf("データを送信しました\n");
}
// クライアントソケットの終了
close(client_socket);
// サーバーソケットの終了
close(server_socket);
return 0;
}
このCプログラムは、ソケットを使用して簡単なサーバーアプリケーションを実装しています。以下はコードの詳細な解説です：
- 必要なヘッダーファイルのインクルード:
stdio.h,stdlib.h,string.h: 標準入出力やメモリ操作関連の関数を利用するためのヘッダーファイルをインクルードします。sys/types.h,sys/socket.h,netinet/in.h: ソケット関連の関数やデータ型を使用するためのヘッダーファイルをインクルードします。unistd.h: クローズ関数を使用するためにヘッダーファイルをインクルードします。arpa/inet.h: インターネットアドレス変換関連の関数を使用するためにヘッダーファイルをインクルードします。
- 変数の宣言:
int server_socket: サーバーソケットのディスクリプタ。int client_socket: クライアントソケットのディスクリプタ。struct sockaddr_in server_addr: サーバーソケットのアドレス情報を格納する構造体。struct sockaddr_in client_addr: クライアントソケットのアドレス情報を格納する構造体。socklen_t client_addr_len: クライアントアドレス構造体のサイズを格納する変数。
- サーバーソケットの作成:
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);:socket関数を使用してサーバーソケットを作成します。エラーが発生した場合、perror関数を使用してエラーメッセージを表示し、プログラムを終了します。
- サーバーソケットの設定:
server_addr.sin_family: アドレスファミリをIPv4 (AF_INET) に設定します。server_addr.sin_port: サーバーのポート番号を指定します（例: 11111）。server_addr.sin_addr.s_addr: サーバーのIPアドレスをINADDR_ANYで設定し、すべてのネットワークインターフェースで接続を受け付けるようにします。
- サーバーソケットのバインド:
bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)):bind関数を使用してサーバーソケットを指定のアドレスにバインドします。エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示し、サーバーソケットをクローズしてプログラムを終了します。
- リッスン:
listen(server_socket, 5): サーバーソケットをリッスン状態にし、最大5つの接続要求をキューに保持します。エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示し、サーバーソケットをクローズしてプログラムを終了します。
- 接続要求の待機:
client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len):accept関数を使用してクライアントからの接続要求を待機します。エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示し、サーバーソケットをクローズしてプログラムを終了します。
- データの送信:
write(client_socket, message, strlen(message)): クライアントにデータを送信します。エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示します。データが正常に送信された場合、成功メッセージが表示されます。
- クライアントソケットとサーバーソケットのクローズ:
close(client_socket): クライアントソケットをクローズします。close(server_socket): サーバーソケットをクローズします。
- プログラムの終了:
return 0;: プログラムが正常に