Socket编程-tcp

1. 前言

在tcp套接字编程这里，我们将完成两份代码，一份是基于tcp实现普通的对话，另一份加上业务，client输入要执行的命令，server将执行结果返回给client

2. tcp_echo_server

与udp类似，前两步：创建socket文件与bindIP和port到内核，不同的是socket函数第二个参数在tcp这里我们使用SOCK_STREAM，表示提供面向字节流、可靠的传输

在udp中，接下来我们就可以让client与server通信了，但由于tcp是面向连接的，因此需要等待client连接，在连接之前，需要将sockfd设置为监听状态

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog); # backlog 通常为4/8/16

服务器启动后，需要不断获取新连接

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept返回一个文件描述符，与socket返回的文件描述符相比，两者的关系就像餐馆里的服务员与餐馆外的迎宾员，迎宾员通过各种说辞，将客人(也就是连接)引致餐馆交给服务员后转头又去迎接下一位客人，真正为客人提供服务的是餐馆里的服务员

这里的服务员就是accept返回的文件描述符，它才是真正的sockfd；迎宾员就是socket的返回值，也称为监听套接字(listensockfd)

对两者加以区分后，我们也将原来的命名加以修改，且由于后续需要用到listensocfd，将它设置为成员变量

服务器启动，不断accept新连接，当获取一个连接失败时，进行获取下一个连接，好比迎宾员的邀请收到了你的冷落，它转头又去邀请下一位客人；当有连接到来时，交给sockfd，给连接提供服务

在提供服务时，server首先读到来自client发送的信息，需要注意的时，tcp的读写使用recv/send，udp的读写使用recvfrom/sendto

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
# flags默认设为0

在这里，由于tcp是面向字节流的，读到的数据不一定是一个完整的报文，可能是半个，也可能是多个，需要我们进行处理，具体的细节在后面的文章中会详讲，这边就当作一个完整的数据

收到消息后，再给client回复；如果recv的返回值为0，表示client退出了，类似于管道：当读端读到0，表示写端关闭了

在client方面，创建好socket文件之后，应该要bind自身IP和port，但上一篇文章说过，不需要显示bind；server在等待连接，client则需要去连接，当连接成功时，OS会自动bind好client的IP和port

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

连接成功后，就能和server正常通信了

当然，目前的代码缺点也很明显，它只能为一个client提供服务，由于client的服务是长服务，而我们只有一个进程，当第二个client来了，server在服务第一个进程，获取不上连接

2.1 多进程版本

当获取到新连接时，创建子进程，让子进程去提供服务，父进程等待；我们知道，父子进程之间独立，子进程会继承父进程的pcb，包括文件描述符表；子进程继承了父进程的listensockfd和sockfd

父进程获取新连接拿到的sockfd，子进程会以写时拷贝的方式独有一份，此时父进程继续去获取连接，不会使用该sockfd，二我们知道文件描述符的个数是有上限的，父进程占着该文件描述符不用，可能会导致文件描述符泄漏的问题，因此，父进程要关闭sockfd

子进程只需要从父进程继承下来的sockfd即可，因此子进程最好关闭listensockfd

父进程在waitpid这里是阻塞等待，我们希望父进程继续去获取下一个连接，可以直接对SIGCHID进行忽略，这样子进程退出自动回收

这里使用的方法是，子进程再创建孙子进程，让后退出，父进程直接waitpid成功，继续获取下一个连接，孙子进程由于子进程先退，变成孤儿进程，被系统领养，释放的工作由系统完成

2.2 多线程版本

当主线程获取到新连接时，创建新线程，让新线程去执行服务

这里的问题是：

1. 如何调用TcpServer中的Service函数
2. 如何将sockfd和addr传给Service函数

我们建立一个内部类，存放TcpServer的指针和需要传递的变量，使用该类创建实例传给线程函数，在线程函数中调用

同时，为了不让主线程对新线程join而阻塞，将新线程分离

注意：这里不能使用上面一种方式创建实例，否则会因为释放两次ThreadData对象而导致client退出时server崩溃

2.3 线程池版本

利用之前的线程池，将Service函数作为任务交给线程池

3. command_server

我们想实现当客户端发送一条指令给服务器时，服务器执行该指令，并将执行结果返回给客户端；服务器只负责读取数据，如何处理数据交给业务板块，也就是做到IO与业务解耦

我们知道，linux下的命令是创建子进程，由子进程执行，再将执行结果返回给bash，这里也类似，当服务器收到一条指令，需要创建子进程，由子进程处理

我们有现成的接口可以直接调用

#include <stdio.h>

FILE *popen(const char *command, const char *type);
# 父进程向管道读，type设为"r"

popen内部会创建管道和子进程，由子进程执行命令，再将执行结果写入管道，我们服务器就只需要向管道读取即可，返回值是一个封装的FILE*类型

我们还可以限制客户端能够执行的命令

为什么要让服务器帮我们执行命令，我们直接在linux的命令行解释器下直接执行不就行了？实际上，在云服务器中，我们的指令不是在我们本主机上执行的，都是交给一个叫sshd的服务远程执行，再将执行结果返回的

因此，上面的代码能帮我们更好的了解云服务器的指令执行原理

4. 支持断线重连的客户端

有时因为网络问题导致与服务器的连接断开了，每次都要我们重新启动客户端太麻烦了，我们将客户端改成能够断线后重连，当重连一定次数还是无法连接服务器，此时才退出

[NetWork/Lesson2/2. command_server · baiyahua/Linux - 码云 - 开源中国](https://gitee.com/baiyahua/linux/tree/master/NetWork/Lesson2/2. command_server)