Python应用－［用Python实现一个socket echo程序 && tcp socket的几个关闭状态］

这里用Python实现了一个echo程序的服务端和客户端，客户端发出的东西，服务端打上一个时间戳后给客户端发回去。主要是实践一下Python的socket编程

Python的socket相关的比较低层的接口都在标准库中的socket module来实现的，这个module中定义的属性包括一些常量，如下面34行的AF_INET,SOCK_STREAM，全局函数ntohl(byte order translation)，另外还有一个类socket,这个Socket Object里面包装了像listen, accept这些函数。socket module里面的全局函数socket就返回这样一个Socket Object, 如下server端程序34行

1,服务端程序， 程序中的注释有比较详细的说明。

#!/usr/bin/python
#encoding=utf-8

#
# echo server, 对每一个请求都单独fork出一个进程来处理
#

from socket import *  #low-level networking interface
import time  # Time access and conversions
import os  # for  os.fork()
import sys # for sys.exit()

def func(tcpCliSock, addr):  # python中没有单独的声明，函数必须在使用前定义
    try:    
        while True:
            data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE) # BUFSIZE表示一次返回的最大的接收数据量，这个接口和unix中的recv
            if not data:
                print 'connection end with : ', addr
                break
            print ' request from ', addr , 'data :', data
            tcpCliSock.send('[%s] %s' % (time.ctime(), data))

        tcpCliSock.close()
    except KeyboardInterrupt: #从输出可以看出若父进程的ctl-c异常会先在子进程中捕获,再在父进程中捕获
        print ' Ctl-c caught in chlid Process'27         tcpCliSock.close()
        sys.exit()

HOST = 'localhost'
PORT = 2012 # port是integer
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)

tcpServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)  #这里soket函数，以及括号里的参数都是 socket module里的提拱的函数(全局), 而返回的是一个Socket Object, 是socket module里定义的一个class
tcpServerSock.bind(ADDR)
tcpServerSock.listen(10) #10表accept的等待队列最大数

try:
    while True:
        print 'waiting for connection ...'
        tcpCliSock, addr = tcpServerSock.accept() #accept返回的是一个pair,(conn, address), 其中conn是一个Socket Object, address是另一端发起连接的端口地址，地址也是一个pair, (ip, port)
        print 'connected from :', addr, '  local:', tcpCliSock.getsockname(), '------remote:', tcpCliSock.getpeername()
        
        # fork出一个子进程来处理单独的请求
        pid = os.fork()

        if pid > 0:
            print 'fork child process pid = ', pid, 'to process ', addr
#           os.waitpid(pid, os.WNOHANG)  #还是没有起到回收的作用
            tcpCliSock.close()  #这个close很重要

        if pid == 0 :
            tcpServerSock.close() #在子进程中关掉 tcpServerSock
            func(tcpCliSock, addr) #子进程中运行func
            sys.exit() #可以简单理解为退出子进程
    
    tcpServerSock.close()

except  KeyboardInterrupt:    # 截获Ctr-c 异常，来关掉Server
    print ' Ctl-C stop server'
    tcpServerSock.close()
    sys.exit()

对于服务端的这个小程序，尽量做了一些完善，在fork出子进程后关掉tcpServerSock, 在子进程和父进程中都捕获Ctrl-c终止程序的异常，让server退出优雅些;

对于34行调用socket.socket()传的两个参数AF_INET，SOCK_STREAM表示创建基于网络的socket(套接字socket分为Unix socket和Internet socket)，SOCK_STREAM表示是tcp socket。

用单独的进程处理每个独立的客户端，45行用了os.fork()，这里subprocess模块不适用。os.fork()同样的在父进程中返回子进程id,在子进程中返回0, 48行打印出子进程id

第50行的os.waitpid()，本来是想子进程退出的时候被父进程及时回收，不要变成defunct ， 僵尸进程，但是没有达到效果，注掉了

2. 客户端程序

#!/usr/bin/python
#encoding=utf-8

#
# echo程序客户端，服务端把每条消息打上时间戳后返回
#

from socket import *
import sys

BUFSIZE = 1024
serverAddr = ('localhost', 2012)
clientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

try:
    clientSock.connect(serverAddr) #若要连接的服务端没有启动，这里会抛出异常
except Exception as e: #不知道这里捕获什么具体的异常了，就用的一个比较基层的类Exception
    print 'exception catched : ' ,e
    sys.exit()

while True:
    data = raw_input('input data :')
    if not data:  # 直接回车就没有输入内容,退出
        print 'client quit'
        break    
    clientSock.send(data)
    data = clientSock.recv(BUFSIZE)
    print 'recieve : ', data

clientSock.close() # 要close一下

 注意第17行捕获异常的语法。

 3，根据上面的程序来看看tcp socket的几个关闭状态

        tcp有5个和关闭相关的状态， 见节末的那张图

　　上面服务端程序51行的代码很关键，在父进程在把tcpCliSock关掉，实际上父进程的server的2012端口一直在listen，而fork出的子进程的那个tcpCliSock和client建立传输数据的连接。当我们启动server，再启动一个client连上一个server的时候，查看相关的tcp连接是这样的。   第一行是父进程用来listen的， 后两个依次是server fork出的子进程和client进程

这时候如果用ctr-c停掉server, 相关的tcp状态变为

LISTEN的tcp socket在close()后就自动变成CLOSED的状态了，可以看到这一对确定连接的tcp socket，服务端主动发起的关闭请求(根据上面的代码，捕获KeyboardException的时候有发起关闭)，server端发送一个FIN然后接收到ACK变成了 FIN_WAIT2状态，而client端接收到了FIN然后回一个ACK成了CLOSE_WAIT状态。 注意client端没有发起FIN，也就是client socket没有close()

如果是client端主动关闭，则相关的tcp状态变为

 这里因为是新起的进程来实验，所以pid跟上面的不一样了，下面那个TIME_WAIT是client端socket的状态。而server端的socket是CLOSED状态了。TIME_WAIT是主动关闭一端最终的状态。这里client主动发起关闭请求时，server端接到回ACK后也主到发起FIN关闭了socket。所以这里的处理是完整的。

关于这几个tcp的状态，这篇来自coolshell.cn上的文章有较为详细的说明。下面引用一篇这篇文章中的图

后续

在上面server端主动关闭tcp连接时，关闭并不完整，如果client端回ACK后能再主动发起关闭请求，就完整了，server端可以这样做，在 ctl-c中止服务时向client发送一个空串，client接到后也主动关闭socket，然后退出程序就好了。

server端如下修改, 在25行后加上一行代码。

25         print ' Ctl-c caught in chlid Process'
26         tcpCliSock.send('')
27         tcpCliSock.close()

但是这里有一个问题，client端阻塞在raw_input那个地方，实际上必须要输入一点东西才能接收到server端的内容，如何比如用多线程改到能即时做到接收这个空串然后关掉socket，然后退出程序？