Linux下C/C++实现类似netstat命令(列出TCP和UDP连接)

news2024/11/19 21:17:53

网络连接一般包括最基本的五元组信息(源地址、目标地址、源端口、目标端口、协议号)再加上所属进程信息pid, exe, cmdline等。其中这两项数据大多可直接读取linux /proc目录下的网络状态连接文件/proc/net/tcp、/proc/net/udp), 进程状态目录(/proc/pid/xx)。

Linux 下的/proc/net子目录

在这里插入图片描述
net该子目录包括多个 ASCII 格式的网络伪文件, 描述了网络 层的部分情况. 可以用 cat 来察看这些文件, 但标准的 netstat(8) 命令组更清晰地给出了这些文件的信息.

我们讲解下面的文件网络状态文件/proc/net/tcp、/proc/net/tcp6、/proc/net/udp、/proc/net/udp6

proc_net_tcp.txt介绍了/proc/net/tcp和/proc/net/tcp6接口。这些接口展示了tcp的连接信息。

它将首先列出所有侦听TCP套接字，然后列出所有已建立的TCP连接。/proc/net/tcp、/proc/net/tcp6的典型条目如下（由于行的长度，分为三部分）：

在这里插入图片描述
tcp该文件保存了 TCP 套接字表, 大部分信息除用于调试以外没有什么用.

"sl" 指出了套接字的内核散列槽号;
"local address" 包括本地地址和端口号;
"remote address" 包括远地地址和端口号(如果有连接的话); 
   'St' 是套接字的内 部状态; 
   'tx_queue' 和 'rx_queue' 是内核存储器使用意义上 的输入输出数据队列;
    "tr", "tm->when" 和 "rexmits" 保存了内核套接字声明的内部信息, 只用于调试; 
    uid 是套接字创建者的有效 uid.

   46: 010310AC:9C4C 030310AC:1770 01 
   |      |      |      |      |   |--> connection state（套接字状态）
   |      |      |      |      |------> remote TCP port number（远端端口，主机字节序）
   |      |      |      |-------------> remote IPv4 address（远端IP，网络字节序）
   |      |      |--------------------> local TCP port number（本地端口，主机字节序）
   |      |---------------------------> local IPv4 address（本地IP，网络字节序）
   |----------------------------------> number of entry

 00000150:00000000 01:00000019 00000000  
     |        |     |     |       |--> number of unrecovered RTO timeouts（超时重传次数）
     |        |     |     |----------> number of jiffies until timer expires（超时时间，单位是jiffies）
     |        |     |----------------> timer_active (定时器类型，see below)
     |        |----------------------> receive-queue（根据状态不同有不同表示,see below）
     |-------------------------------> transmit-queue(发送队列中数据长度)

   1000        0 54165785 4 cd1e6040 25 4 27 3 -1
    |          |    |     |    |     |  | |  | |--> slow start size threshold, 
	                                                or -1 if the threshold is >=0xFFFF 
    |          |    |     |    |     |  | |  |     （如果慢启动阈值大于等于0xFFFF则显示-1，否则表示慢启动阈值）
    |          |    |     |    |     |  | |  |      
    |          |    |     |    |     |  | |  |----> sending congestion window（当前拥塞窗口大小）
    |          |    |     |    |     |  | |-------> (ack.quick<<1)|ack.pingpong
	                                               （快速确认数和是否启用的标志位的或运算结果）    
    |          |    |     |    |     |  |---------> Predicted tick of soft clock (delayed ACK control data)
	                                               （用来计算延时确认的估值）
    |          |    |     |    |     |             
    |          |    |     |    |     |------------> retransmit timeout（）（RTO，单位是clock_t）
    |          |    |     |    |------------------> location of socket in memory（socket实例的地址）
    |          |    |     |-----------------------> socket reference count（socket结构体的引用数）
    |          |    |-----------------------------> inode（套接字对应的inode）
    |          |----------------------------------> unanswered 0-window probes（see below）
    |---------------------------------------------> uid（用户id）

connection state(套接字状态)，不同的数值代表不同的状态，参照如下：

 “01″: “ESTABLISHED”,
 “02″: “SYN_SENT”,
 “03″: “SYN_RECV”,
 “04″: “FIN_WAIT1″,
 “05″: “FIN_WAIT2″,
 “06″: “TIME_WAIT”,
 “07″: “CLOSE”,
 “08″: “CLOSE_WAIT”,
 “09″: “LAST_ACK”,
 “0A”: “LISTEN”,
 “0B”: “CLOSING”

receive-queue：当状态是ESTABLISHED，表示接收队列中数据长度；状态是LISTEN，表示已经完成连接队列的长度。

timer_active：

 0  no timer is pending  //没有启动定时器
 1  retransmit-timer is pending  //重传定时器
 2  another timer (e.g. delayed ack or keepalive) is pending  //连接定时器、FIN_WAIT_2定时器或TCP保活定时器
 3  this is a socket in TIME_WAIT state. Not all fields will contain data (or even exist)  //TIME_WAIT定时器
 4  zero window probe timer is pending  //持续定时器

unanswered 0-window probes：持续定时器或保活定时器周期性发送出去但未被确认的TCP段数目，在收到ACK之后清零


udp该文件保存了 UDP 套接字表, 大部分信息除用于调试以外没有什么用。

"sl" 指出了套接字的内核散列槽号; 
"local address" 包括本地地址和端口号; 
"remote address" 包括远地地址和端口号(如果有连接的话); 
"St" 是套接字的内 部状态; 
"tx_queue" 和 "rx_queue" 是内核存储器使用意义上 的输入输出数据队列;
UDP 没有使用 "tr","tm-&gt;when" 和"rexmits";
uid 是套接字创建者的有效 uid

Linux下实现类似netstat命令

...
void checkProc(struct ProcNet *Net, int len, int flag, const char protocol[])
{
	char path[1000], buf2[256], link[64], tmp[10], inode[15], p_name[512];
	int ret;
	//ino_t inode;
	ssize_t link_size;
	//printf("flag: %d\n", flag);

	if ((proc = opendir("/proc")) == NULL)
	{
		perror("Cannot open /proc directory\n");
		exit(1);
	}

	while ((procent = readdir(proc)) != NULL)
	{
		if (!isdigit(*(procent->d_name)))
			continue;
		sprintf(buf2, "/proc/%s/fd", procent->d_name);
		//printf("%s\n", buf2);

		if ((fd = opendir(buf2)) == NULL)
			continue;
		while((fdent = readdir(fd)) != NULL)
		{
			struct stat st;

			sprintf(buf2, "/proc/%s/fd/%s", procent->d_name, fdent->d_name);
			if (stat(buf2, &st) < 0)
				continue;
			if (!S_ISSOCK(st.st_mode))
				continue;
			ret = checkInode(Net, st.st_ino, len);
			if (ret >= 0)
			{
				if (flag)
				{
					if (read_program_name_args_filter(procent))
					{
						display_at(Net, ret, protocol);
						printf("%s/", procent->d_name);
						read_program_name_args(procent);
					}
				}
				else
				{	
					display_at(Net, ret, protocol);
					printf("%s/", procent->d_name);
					read_program_name_args(procent);
				//printf("%s", p_name);
				}
			}
		}
		closedir(fd);
	}	
	//printf("here\n");
	closedir(proc);
}
...
static const char *state2str(unsigned state)
{
    switch(state){
    case 0x1: return "ESTABLISHED";
    case 0x2: return "SYN_SENT";
    case 0x3: return "SYN_RECV";
    case 0x4: return "FIN_WAIT1";
    case 0x5: return "FIN_WAIT2";
    case 0x6: return "TIME_WAIT";
    case 0x7: return "CLOSE";
    case 0x8: return "CLOSE_WAIT";
    case 0x9: return "LAST_ACK";
    case 0xA: return "LISTEN";
    case 0xB: return "CLOSING";
    default: return "UNKNOWN";
    }
}



int main(int argc, char *argv[])
{
...

	static struct option long_options[] = {
		{"tcp", optional_argument, 0, 't'},
		{"udp", optional_argument, 0, 'u'},
		{0,		0,			 0,	 0}
	};
	int long_index = 0;

	while((opt = getopt_long(argc, argv, ":tu", long_options, &long_index)) != -1)
	{
		//printf("%d,", long_index);
		switch(opt)
		{
			case 't':
				tcp = 1;
				udp = 0;
				if (opt_flag)
					udp = 1;
				++opt_flag;
				
				break;
			case 'u':
				udp = 1;
				tcp = 0;
				if (opt_flag)
					tcp = 1;
				++opt_flag;
				break;
			case '?':
				printf("Usage: ./my_netstat [-t|--tcp][-u|--udp] [filter-string | \"regular expression\"]\n");
				exit(1);
		}
	}

	if (optind < argc)
	{
		filter_string = argv[optind];
		filter = 1;
		//printf("filter string: %s ", filter_string);
		/* Compile regular expression */
        reti = regcomp(&regex, filter_string, 0);
        if( reti ){ fprintf(stderr, "Could not compile regex\n"); exit(1); }
	}
	//printf("\ntcp: %d, udp: %d\n", tcp, udp);

	int num_tcp, num_udp;
	
	if (tcp)
	{
		printf("\n\nList of TCP connections::: \n");
		printf("Proto \tLocal Address \t\t\tForeign Address \t\tstate \t\tPID/Program name and arguments \n");
		printf("---------------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
		num_tcp = checkTCP();
		num_tcp++;

		//display(TCPdata, num_tcp);
		//printf("\n Number of TCP: %d\n", num_tcp);
		checkProc(TCPdata, num_tcp, filter, "tcp");
	}

	if (udp)
	{
		printf("\nList of UDP connections::: \n");
		printf("Proto \tLocal Address \t\t\tForeign Address \t\tstate \t\tPID/Program name and arguments \n");
		printf("---------------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
		num_udp = checkUDP();
		num_udp++;
		checkProc(UDPdata, num_udp, filter, "udp");
	}

	return 0;
}

If you need the complete source code of my_netstat, please add WeChat number (c17865354792)​

编译运行：


在这里插入图片描述
./my_netstat -u
./my_netstat -t

总结

这是一个简单的netstat（类似netstat）。该程序列出了所有现有的TCP和UDP连接。对于每个已标识的连接（套接字描述符），查找相应的进程名称及其创建连接的命令行（套接字描述符）。

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参考：https://www.kernel.org/doc/html/v5.8/networking/proc_net_tcp.html

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