Linux环境下C语言实现ping命令
涉及的知识点
Linux信号量的使用
SIGALRM信号是操作系统中的其中一个信号。他的作用是设置进程隔多久后会收到一个SIGALRM信号
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
void handle_alarm()
{
exit(0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handle_alarm);
alarm(10);
while(1) {}
}
进程在10秒或10秒之后触发SIGALRM信号，然后执行信号处理函数，最后退出。
setitimer函数的使用
setitimer函数用于设置定时器，并指定定时器到期后所产生的信号行为。其函数原型如下：
#include <sys/time.h>
//int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
/*
该函数接受三个参数：
which：指定定时器类型，可以是以下两个值之一：
ITIMER_REAL：真实时间定时器，使用系统实时时间，到期后将发送SIGALRM信号。
ITIMER_VIRTUAL：虚拟时间定时器，使用进程运行时间，到期后将发送SIGVTALRM信号。
ITIMER_PROF：以两者之和作为时间基准，到期后将发送SIGPROF信号。
new_value：一个指向struct itimerval结构体的指针，用于指定新的定时器值（启动时间和间隔时间）。
it_value字段表示定时器首次到期的时间间隔。
it_interval字段表示定时器循环触发的时间间隔。
old_value：一个指向struct itimerval结构体的指针，用于获取旧的定时器值，即之前设置的定时器值。如果不需要获取旧的定时器值，则可以传入NULL。
调用setitimer函数后，会根据new_value所指定的定时器值来启动或修改定时器。到期后，系统会发送相应的信号，并根据信号处理机制执行相应的操作。可以使用signal函数或sigaction函数来捕获并处理定时器到期产生的信号。
以下是一个示例代码，演示如何使用setitimer函数设置一个定时器：
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
void timer_handler(int signum) {
printf("Timer expired!\n");
}
int main() {
struct itimerval timer;
// 设置首次触发定时器为1秒后，定时器到期后每10秒触发一次
timer.it_interval.tv_sec = 10;
timer.it_interval.tv_usec = 0;
timer.it_value.tv_sec = 1;
timer.it_value.tv_usec = 0;
// 注册信号处理函数
signal(SIGALRM, timer_handler);
// 启动定时器
setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);
// 死循环，等待定时器到期
while (1);
return 0;
}
/*
上述代码中，我们设置了一个定时器，其初次到期时间为1秒后，之后每10秒触发一次。当定时器到期时，
会触发SIGALRM信号，并通过注册的信号处理函数timer_handler进行处理。在示例代码中，我们只是简单地打印一条信息并没有做其他处理。
*/
#define ICMP_ECHOREPLY 0 /* Echo应答*/
#define ICMP_ECHO /*Echo请求*/
#define BUFSIZE 1500 /*发送缓存最大值*/
#define DEFAULT_LEN 56 /**ping消息数据默认大小/
/*数据类型别名*/
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
/*ICMP消息头部*/
struct icmphdr
{
u8 type; /*定义消息类型*/
u8 code; /*定义消息代码*/
u16 checksum; /*定义校验*/
union{
struct{
u16 id;
u16 sequence;
}echo;
u32 gateway;
struct{
u16 unsed;
u16 mtu;
}frag; /*pmtu实现*/
}un;
/*ICMP数据占位符*/
u8 data[0];
#define icmp_id un.echo.id
#define icmp_seq un.echo.sequence
};
#define ICMP_HSIZE sizeof(struct icmphdr)
/*定义一个IP消息头部结构体*/
struct iphdr {
u8 hlen:4, ver:4; /*定义4位首部长度，和IP版本号为IPV4*/
u8 tos; /*8位服务类型TOS*/
u16 tot_len; /*16位总长度*/
u16 id; /*16位标志位*/
u16 frag_off; /*3位标志位*/
u8 ttl; /*8位生存周期*/
u8 protocol; /*8位协议*/
u16 check; /*16位IP首部校验和*/
u32 saddr; /*32位源IP地址*/
u32 daddr; /*32位目的IP地址*/
};
char *hostname; /*被ping的主机名*/
int datalen = DEFAULT_LEN; /*ICMP消息携带的数据长度*/
char sendbuf[BUFSIZE]; /*发送字符串数组*/
char recvbuf[BUFSIZE]; /*接收字符串数组*/
int nsent; /*发送的ICMP消息序号*/
int nrecv; /*接收的ICMP消息序号*/
pid_t pid; /*ping程序的进程PID*/
struct timeval recvtime; /*收到ICMP应答的时间戳*/
int sockfd; /*发送和接收原始套接字*/
struct sockaddr_in dest; /*被ping的主机IP*/
struct sockaddr_in from; /*发送ping应答消息的主机IP*/
struct sigaction act_alarm;
struct sigaction act_int;
/*函数原型*/
void alarm_handler(int); /*SIGALRM处理程序*/
void int_handler(int); /*SIGINT处理程序*/
void set_sighandler(); /*设置信号处理程序*/
void send_ping(); /*发送ping消息*/
void recv_reply(); /*接收ping应答*/
u16 checksum(u8 *buf, int len); /*计算校验和*/
int handle_pkt(); /*ICMP应答消息处理*/
void get_statistics(int, int); /*统计ping命令的检测结果*/
void bail(const char *); /*错误报告*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h> /*是Linux系统的日期时间头文件*/
#include<unistd.h> /* 是POSIX标准定义的unix类系统定义符号常量的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如read函数、write函数和getpid函数*/
#include<string.h>
#include<sys/socket.h> /*对与引用socket函数必须*/
#include<sys/types.h>
#include<netdb.h> /*定义了与网络有关的结构，变量类型，宏，函数。函数gethostbyname()用*/
#include<errno.h> /*sys/types.h中文名称为基本系统数据类型*/
#include<arpa/inet.h> /*inet_ntoa()和inet_addr()这两个函数，包含在 arpa/inet.h*/
#include<signal.h> /*进程对信号进行处理*/
#include<netinet/in.h> /*互联网地址族*/
#include"test.h"
#define IP_HSIZE sizeof(struct iphdr) /*定义IP_HSIZE为ip头部长度*/
#define IPVERSION 4 /*定义IPVERSION为4，指出用ipv4*/
/*设置的时间是一个结构体，倒计时设置，重复倒时，超时值设为1秒*/
struct itimerval val_alarm = {
.it_interval.tv_sec = 1,
.it_interval.tv_usec = 0,
.it_value.tv_sec = 0,
.it_value.tv_usec = 1
};
/*argc表示隐形程序命令行中参数的数目，argv是一个指向字符串数组指针，其中每一个字符对应一个参数*/
int main(int argc,char **argv)
{
struct hostent *host; /*该结构体属于include<netdb.h>*/
int on = 1;
if( argc < 2)/*判断是否输入了地址*/
{
printf("Usage: %s hostname\n",argv[0]);
exit(1);
}
/*gethostbyname()返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的结构指针,*/
//if((host = getaddrinfo(argv[1])) == NULL)
if((host = gethostbyname(argv[1])) == NULL)
{
printf("usage:%s hostname/IP address\n", argv[0]);
exit(1);
}
hostname = argv[1]; /*取出地址名*/
memset(&dest,0,sizeof dest); /*将dest中前sizeof(dest)个字节替换为0并返回s,此处为初始化,给最大内存清零*/
dest.sin_family=PF_INET; /*PF_INET为IPV4，internet协议，在<netinet/in.h>中，地址族*/
dest.sin_port=ntohs(0); /*端口号,ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数。*/
dest.sin_addr=*(struct in_addr *)host->h_addr_list[0];/*host->h_addr_list[0]是地址的指针.返回IP地址，初始化*/
/*PF_INEI套接字协议族，SOCK_RAW套接字类型，IPPROTO_ICMP使用协议，
调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。这里判断是否创建成功*/
if((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) < 0)
{
perror("RAW socket created error");
exit(1);
}
/*设置当前套接字选项特定属性值，sockfd套接字，IPPROTO_IP协议层为IP层，
IP_HDRINCL套接字选项条目，套接字接收缓冲区指针，sizeof(on)缓冲区长度的长度*/
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &on, sizeof(on));
/*getuid()函数返回一个调用程序的真实用户ID,setuid()是让普通用户
可以以root用户的角色运行只有root帐号才能运行的程序或命令。*/
//setuid(getuid());
//pid = getpid(); /*getpid函数用来取得目前进程的进程识别码*/
set_sighandler();/*对信号处理*/
printf("Ping %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n", argv[1], inet_ntoa(dest.sin_addr), datalen);
//alarm(1);
if((setitimer(ITIMER_REAL, &val_alarm, NULL)) == -1) /*定时函数*/
{
bail("setitimer fails.");
}
recv_reply(); /*接收ping应答*/
return 0;
}
/*发送ping消息*/
void send_ping(void)
{
struct iphdr *ip_hdr; /*iphdr为IP头部结构体*/
struct icmphdr *icmp_hdr; /*icmphdr为ICMP头部结构体*/
int len;
int len1;
/*ip头部结构体变量初始化*/
ip_hdr=(struct iphdr *)sendbuf; /*字符串指针*/
ip_hdr->hlen=sizeof(struct iphdr)>>2; /*头部长度*/
ip_hdr->ver=IPVERSION; /*版本*/
ip_hdr->tos=0; /*服务类型*/
ip_hdr->tot_len=IP_HSIZE+ICMP_HSIZE+datalen; /*报文头部加数据的总长度*/
ip_hdr->id=0; /*初始化报文标识*/
ip_hdr->frag_off=0; /*设置flag标记为0*/
ip_hdr->protocol=IPPROTO_ICMP;/*运用的协议为ICMP协议*/
ip_hdr->ttl=255; /*一个封包在网络上可以存活的时间*/
ip_hdr->daddr=dest.sin_addr.s_addr; /*目的地址*/
len1=ip_hdr->hlen<<2; /*ip数据长度*/
/*ICMP头部结构体变量初始化*/
icmp_hdr=(struct icmphdr *)(sendbuf+len1); /*字符串指针*/
icmp_hdr->type=8; /*初始化ICMP消息类型type*/
icmp_hdr->code=0; /*初始化消息代码code*/
icmp_hdr->icmp_id=pid; /*把进程标识码初始给icmp_id*/
icmp_hdr->icmp_seq=nsent++; /*发送的ICMP消息序号赋值给icmp序号*/
memset(icmp_hdr->data,0xff,datalen); /*将datalen中前datalen个字节替换为0xff并返回icmp_hdr-dat*/
gettimeofday((struct timeval *)icmp_hdr->data,NULL); /* 获取当前时间*/
len=ip_hdr->tot_len; /*报文总长度赋值给len变量*/
icmp_hdr->checksum=0; /*初始化*/
icmp_hdr->checksum=checksum((u8 *)icmp_hdr,len); /*计算校验和*/
sendto(sockfd,sendbuf,len,0,(struct sockaddr *)&dest,sizeof (dest)); /*经socket传送数据*/
}
/*接收程序发出的ping命令的应答*/
void recv_reply()
{
int n;
int len;
int errno;
n = 0;
nrecv = 0;
len = sizeof(from); /*发送ping应答消息的主机IP*/
while(nrecv < 6)
{
/*经socket接收数据,如果正确接收返回接收到的字节数，失败返回0.*/
if((n=recvfrom(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&from, &len))<0)
{
if(errno==EINTR) /*EINTR表示信号中断*/
continue;
bail("recvfrom error");
}
gettimeofday(&recvtime, NULL); /*记录收到应答的时间*/
if(handle_pkt()) /*接收到错误的ICMP应答信息*/
continue;
nrecv++;
}
//get_statistics(nsent, nrecv); /*统计ping命令的检测结果*/
}
/*计算校验和*/
u16 checksum(u8 *buf,int len)
{
u32 sum = 0;
u16 *cbuf;
cbuf = (u16 *)buf;
while(len > 1)
{
sum += *cbuf++;
len -= 2;
}
if(len)
{
sum += *(u8 *)cbuf;
}
sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
sum += (sum >> 16);
return ~sum;
}
/*ICMP应答消息处理*/
int handle_pkt()
{
struct iphdr *ip;
struct icmphdr *icmp;
int ip_hlen;
u16 ip_datalen; /*ip数据长度*/
double rtt; /* 往返时间*/
struct timeval *sendtime;
ip = (struct iphdr *)recvbuf;
ip_hlen = ip->hlen << 2;
ip_datalen = ntohs(ip->tot_len) - ip_hlen;
icmp = (struct icmphdr *)(recvbuf + ip_hlen);
if(checksum((u8 *)icmp, ip_datalen)) /*计算校验和*/
return -1;
if(icmp->icmp_id != pid)
return -1;
sendtime = (struct timeval *)icmp->data; /*发送时间*/
rtt = ((&recvtime)->tv_sec - sendtime->tv_sec) * 1000 + ((&recvtime)->tv_usec - sendtime->tv_usec)/1000.0; /* 往返时间*/
/*打印结果*/
printf("%d bytes from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n", \
ip_datalen, /*IP数据长度*/
inet_ntoa(from.sin_addr), /*目的ip地址*/
icmp->icmp_seq, /*icmp报文序列号*/
ip->ttl, /*生存时间*/
rtt); /*往返时间*/
return 0;
}
/*设置信号处理程序*/
void set_sighandler()
{
act_alarm.sa_handler = alarm_handler;
/*sigaction()会依参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。参数signum指所要捕获信号或忽略的信号，
&act代表新设置的信号共用体，NULL代表之前设置的信号处理结构体。这里判断对信号的处理是否成功。*/
if(sigaction(SIGALRM, &act_alarm, NULL) == -1)
{
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
act_int.sa_handler = int_handler;
if(sigaction(SIGINT, &act_int, NULL) == -1)
{
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
}
/*统计ping命令的检测结果*/
void get_statistics(int nsent,int nrecv)
{
printf("--- %s ping statistics ---\n",inet_ntoa(dest.sin_addr)); /*将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。*/
printf("%d packets transmitted, %d received, %0.0f%% ""packet loss\n", \
nsent,nrecv,1.0*(nsent-nrecv)/nsent*100);
}
/*错误报告*/
void bail(const char * on_what)
{
/*:向指定的文件写入一个字符串（不写入字符串结束标记符‘\0’）。成功写入一个字符串后，
文件的位置指针会自动后移，函数返回值为0；否则返回EOR(符号常量，其值为-1)。*/
fputs(strerror(errno),stderr);
fputs(":",stderr);
fputs(on_what,stderr);
fputc('\n',stderr); /*送一个字符到一个流中*/
exit(1);
}
/*SIGINT（中断信号）处理程序*/
void int_handler(int sig)
{
printf("Timer123 expired!\n");
get_statistics(nsent,nrecv); /*统计ping命令的检测结果*/
close(sockfd); /*关闭网络套接字*/
exit(1);
}
/*SIGALRM（终止进程）处理程序*/
void alarm_handler(int signo)
{
send_ping(); /*发送ping消息*/
}
运行结果：
