Socket & SocketServer

Socket

socket本质上就是在2台网络互通的电脑之间，架设一个通道，两台电脑通过这个通道来实现数据的互相传递。

一个简单的例子：

Server端：

# Author：Brownyangyang
import socket

server = socket.socket()  ##生成一个实例
server.bind(('localhost',6969))  ##绑定ip地址和端口
server.listen()  ##监听状态，监听是否有客户端连接
print("我要开始等电话了")
conn,addr = server.accept()
#conn就是客户端连过来而在服务器端为其生成的一个实例
print(conn,addr)
print("电话来了")
data = conn.recv(1024)  ##接收数据
print("recv:",data)   ##打印接收的数据
conn.send(data.upper())  ##数据处理后再传给客户端

server.close()  ##关闭链接

Client端：

# Author：Brownyangyang
import socket
client = socket.socket()  ##生成一个socket实例
client.connect(("localhost",6969))  ##定义连接的ip和端口
client.send(b'Hello world')   ##向server端发送数据
data = client.recv(1024)   ##接受数据
print("recv:",data)   ##打印数据

client.close()  ##关闭连接

参数说明：

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一：地址簇

　　socket.AF_INET IPv4（默认）
　　socket.AF_INET6 IPv6

　　socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二：类型

　　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默认）
　　socket.SOCK_DGRAM　　 数据报式socket , for UDP

　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
　　socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

参数三：协议

　　0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

sk.bind(address) 必会

　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。

sk.listen(backlog) 必会

　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处          理的连接个数最大为5，这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool) 必会

　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。

sk.accept() 必会

　　接受连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来

sk.connect(address) 必会

　　连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061

sk.close() 必会

　　关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag]) 必会

　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

　　与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。

sk.send(string[,flag]) 必会

　　将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag]) 必会

　　将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

sk.sendto(string[,flag],address)

　　将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。

sk.settimeout(timeout) 必会

　　设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操         作（如 client 连接最多等待5s ）

sk.getpeername() 必会

　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()

　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

　　套接字的文件描述符

socket.sendfile(file, offset=0, count=None)

       发送文件 ，但目前多数情况下并无什么卵用。

再举个10086打电话的例子：

Server端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang

import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen()

while True:
    conn,addr = sk.accept()
    conn.sendall("欢迎致电10086,请输入1,2,3,0转人工服务".encode())
    Flag = True
    while Flag:
        data1 = conn.recv(1024)
        data = data1.decode()
        if data == "exit":
            Flase = False
            break
        elif data == '0':
            conn.sendall("通话会被录音".encode())
        else:
            conn.sendall("请重新输入".encode())

    conn.close()

Client端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang
import socket

ip_port = ('127.0.0.1',9999)
skc = socket.socket()
skc.connect(ip_port)
skc.settimeout(5)

while True:
    data = skc.recv(1024)
    print("receive:",data.decode())
    inp = input(">>:").strip()
    skc.sendall(inp.encode())
    if inp == 'exit':
        break

skc.close()

用socket写一个ssh

Server端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang
import socket
import os
server = socket.socket()
ip_port = ('localhost',9999)
server.bind(ip_port)
server.listen()

while True:
    conn,addr = server.accept()
    print("new coon",addr)
    while True:
        print("等待新指令")
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            print("客户端已断开")
            break
        print("执行指令:",data)
        cmd_res = os.popen(data.decode()).read() #执行客户单传过来的命令，并读出运行结果
        #接收字符串，结果返回也是字符串
        print("before send:",len(cmd_res))
        if len(cmd_res) == 0:
            cmd_res = "cmd has no output..."

        conn.send(str(len(cmd_res.encode())).encode()) ##发送数据大小给客户端
        client_ack = conn.recv(1024) #wait client to confirm
        print(client_ack)
        conn.send(cmd_res.encode())  ##两个send一起容器粘包，所有这边从客户端收一个包大小
        print("send done")

server.close()

Client端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang
import socket
client = socket.socket()
ip_port = ('localhost',9999)
client.connect(ip_port)
while True:
    cmd = input(">>:").strip()
    if len(cmd) == 0:continue
    client.send(cmd.encode())
    cmd_res_size = client.recv(1024) #接受命令结果长度
    print("命令结果大小:",cmd_res_size)
    client.send(cmd_res_size) #发一个确认，避免socket粘包
    received_size = 0
    received_data = b''
    while received_size < int(cmd_res_size.decode()):
        data = client.recv(1024)
        received_size += len(data) #每次收到的可能小于1024
        received_data += data
    else:
        print("cmd res receive done...",received_size)
        print(received_data.decode())

client.close()

SocketServer

socket不能支持多并发，所以可以使用socketserver实现并发处理。socketserver实际上是对socket的封装。

socketserver一共有这么几种类型：

class socketserver.TCPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UDPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UnixStreamServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UnixDatagramServer(server_address, RequestHandlerClass,bind_and_activate=True)

 

继承关系如下：

创建步骤：

1.First you must create a request handler class by subclassing(子类) the BaseRequestHandler class and overriding（覆盖） its handle() method;this method will process incoming requests

必须创建一个请求处理类，并且这个类要继承BaseRequestHandler，并且要重写父类中handle（）方法

 

2.Second,you must instantiate one other server classes,passing it the server's address and the request handler class

必须实例化TCPServer，并且传递server ip和上面创建的请求处理类给这个TCPServer

 

3.Then call handle_request() or server_forever() method of the server object to process one or many request

server.handle_request() #处理一个请求

server.server_forever() #处理多个请求，永远执行

 

4.Finally,call server_close() to close the socket 

 

举个例子

Server端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang
import socketserver

class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):

    def handle(self):
        while True:
            self.data = self.request.recv(1024).strip()  #后面也要self，意味着每个客户端请求过来都会实例化MyTCPHandler()
            print(self.client_address)
            print("{} wrote".format(self.client_address[0]))
            print(self.data)
            if not self.data: #代表客户端断了，收不到数据
                print(self.client_address,'断开了')
                break
            self.request.send(self.data.upper())

if __name__ == "__main__":
    HOST,PORT = "localhost",9999
    #server = socketserver.TCPServer((HOST,PORT),MyTCPHandler) #单并发，只能处理一个客户端
    server = socketserver.ThreadingTCPServer((HOST,PORT),MyTCPHandler) #多并发，可以处理多个客户端
    server.serve_forever()

Client端：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author：Brownyangyang
import socket
client = socket.socket()
client.connect(("localhost",9999))

while True:
    msg = input(">>:").strip()
    if len(msg) == 0:continue
    client.send(msg.encode("utf-8"))
    data = client.recv(1024)
    print("recv:",data.decode())

I/O多路复用指：通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。Linux中的 select，poll，epoll 都是IO多路复用的机制。

 

select

 

select最早于1983年出现在4.2BSD中，它通过一个select()系统调用来监视多个文件描述符的数组，当select()返回后，该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位，使得进程可以获得这些文件描述符从而进行后续的读写操作。

select目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点，事实上从现在看来，这也是它所剩不多的优点之一。

select的一个缺点在于单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在Linux上一般为1024，不过可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制。

另外，select()所维护的存储大量文件描述符的数据结构，随着文件描述符数量的增大，其复制的开销也线性增长。同时，由于网络响应时间的延迟使得大量TCP连接处于非活跃状态，但调用select()会对所有socket进行一次线性扫描，所以这也浪费了一定的开销。

 

poll

 

poll在1986年诞生于System V Release 3，它和select在本质上没有多大差别，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。

poll和select同样存在一个缺点就是，包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。

另外，select()和poll()将就绪的文件描述符告诉进程后，如果进程没有对其进行IO操作，那么下次调用select()和poll()的时候将再次报告这些文件描述符，所以它们一般不会丢失就绪的消息，这种方式称为水平触发（Level Triggered）。

 

epoll

 

直到Linux2.6才出现了由内核直接支持的实现方法，那就是epoll，它几乎具备了之前所说的一切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。

epoll可以同时支持水平触发和边缘触发（Edge Triggered，只告诉进程哪些文件描述符刚刚变为就绪状态，它只说一遍，如果我们没有采取行动，那么它将不会再次告知，这种方式称为边缘触发），理论上边缘触发的性能要更高一些，但是代码实现相当复杂。

epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。

另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。