unix网络编程（1）---客户端-服务器第一版

个人认为《Unix网络编程》前4章可以好好看几遍，不用先着急编程。另外作者提供的源码封装太重，不如自己基于原始库函数编写客户端以及服务器，目前一些开源的项目也都是基于这些基础库函数的。

在了解了前四章的主要知识点后，比如socket、bind、connect、listen、accept等函数后，对网络编程有了一定的了解后，就可以参考第5章来写自己的客户端和服务器了。对于新手来说这里比较抽象，而且很多地方绕来绕去容易绕晕，需要重复看多次，再看后边的章节。

这篇文章我就从第5章开始，仿照书上的demo写一个可以直接在单机上运行的cli-ser程序。

以下是server的对应程序：server.c

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

#define MAXLINE 1024

extern int errno;

void str_echo(int);

int main() {
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(7070);
    bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    listen(sockfd, 1024);

    for (;;) {
        int connfd, childPid;
        socklen_t len = sizeof(cliaddr);
        connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);

        if ((childPid = fork()) == 0) {
            close(sockfd);
            printf("connected with client.
");
            str_echo(connfd);
            exit(0);
        }
    }

    printf("server end!
");
    return 0;
}

void str_echo(int sockfd) {
    ssize_t n;
    char buf[MAXLINE];

again:

    while ((n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0) {
        printf("n:%ld
", n);
        write(sockfd, buf, n);
        bzero(buf, MAXLINE);

        if (n < 0 && errno == EINTR) {
            goto again;
        } else if (n < 0) {
            printf("str_echo:read error
");
        }
    }
}

编译：gcc server.c -o server

这里先列下经常用到的网络字段类型：

代码流程：

1、申请socket

服务器首先申请socket，socket类似于再Unix系统上打开一个文件，会返回一个文件标识号用来标识当前打开的文件。

socket需要引用<sys/socket.h>头文件

int socket(int family, int type, int protocol);

family：对应的是协议族，ipv4：AF_INET   ipv6:AF_INET6

type：套接字类型，tcp对应SOCKET_STREAM（数据流）

protocol：协议类型，这里我们用0，内核会根据family和type选择默认的协议，对于family:AF_INET,type:SOCK_STREAM，默认的协议是tcp

2、端口绑定

一般服务器启动一个服务进程会开启某个端口的监听工作，所以一般的服务器进程需要绑定固定的端口号，也就是该进程对应的socket需要绑定到某一个端口号。对于多网卡的服务器，会对应多个ip，当然也可以绑定固定的ip，我们这里不进行绑定 ，使用通配地址（ipv4：INADDR_ANY，ipv6：IN6ADDR_ANY_INIT），此处的端口或ip绑定用的函数是bind

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

sockfd：监听套接字，对于服务器来说，即调socket返回的套接字

myaddr：套接字结构体，我们一般会先申请一个sockaddr_in结构的套接字，通过bzero函数(string.h的一个函数)进行结构体初始化为0，分别对family，ip，port填值，然后用sockaddr强制类型转化进行调用，具体的可以参考书中bind函数使用；

addrlen：为套接字结构体长度

3、套接字端口监听

目前已经在申请好的套接字上进行了监听ip及port的初始化，那么可以内核开始按照我们初始化的信息进行监听了，即调用listen函数，内核会申请一个队列用于存放未完成连接以及已完成连接的套接字，如下图

映射到tcp的三次握手，如下图：

4、与客户端建立连接

下边我们会进入一个无限循环，会一直处理client发来的tcp链接，accept为阻塞函数，如果没有客户端连接，这个函数会被阻塞，也就是程序会在这里停止，知道有client建立了tcp连接accept才返回，accept返回也就说明，此时已经建立好一条tcp连接通路，下边我们的服务器会在这条通路上进行数据的发送与接收，至于接收后会怎么处理，以及返回客户端什么数据，就属于服务器自己的业务需求了。我们这里会fork一个子进程进行这些逻辑的处理。为什么要建立子进程呢？我们的服务器进程是并发的服务器，如果accept后，进程开始处理业务逻辑，那么其他的client需要等待这条tcp完成逻辑处理后，才能进入下一次循环。所以我们新建子进程专门用于逻辑的处理，至于父进程就专门负责accept，建立新的链接，这样多个client发起与服务器的tcp链接，服务器主进程可以一直循环accept建立连接，然后fork子进程进行后续处理，这样我们就实现了简单的并发服务器，可以同时与多个client建立tcp连接。

#include <sys/socket.h>

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

这里有一点需要注意，addrlen使用的是指针，这是由于addrlen的入参会被内核使用到，已提醒读取cliaddr的长度，另外，内核会写回cliaddr，这也防止内存溢出，并且写入多少这个数，内核还会写回addrlen，这里一个参数做了多个事情，所以用了值—参数这种指针传参。

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

创建子进程，对于父进程返回值为子进程的进程id，对于子进程返回0。

对于server中用到的read和write函数，参考Unix高级编程中的相关知识。

以下是client代码：client.c

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <unistd.h>

#define MAXLINE 1024

void str_cli(FILE *, int);

int main() {
    int sockfd;
    const char *ip = "127.0.0.1";
    in_port_t port = 7070;

    int i = 0;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in cliaddr;
    bzero(&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_aton(ip, &cliaddr.sin_addr);
    cliaddr.sin_port = htons(port);

    int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    str_cli(stdin, sockfd);

    return 0;
}

void str_cli(FILE *fp, int sockfd) {
    char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

    while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {
        write(sockfd, sendline, strlen(sendline));

        if (read(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0) {
            printf("server terminated prematurely
");
        }
        fputs(recvline, stdout);
        bzero(recvline, MAXLINE);
    }
}

编译：gcc client.c -o client

客户端的流程：

1、建立套接字

2、发起tcp连接

#include <sys/socket.h>

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

connect也是阻塞函数，tcp连接成功后返回0。

到这里我们完成了一个超级简单的服务器-客户端程序的开发。之后我们会对这个程序不断完善。

下文：

本篇中写的服务器，fork的子进程执行完直接调exit了，我们知道子进程结束后但是父进程没有回收其对应的空间（进程号等），随着子进程的不停申请，但得不到释放，内核会内存泄露，也就是变成了僵尸进程。下一篇，我们引入对子进程的空间释放解决这个问题。