Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码
建立socket（这里用到socket()函数及函数setsockopt()）
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把socket和IP地址及端口绑定（这里用到bind函数）
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开始监听（这里用到listen()函数）
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----------------------- | 有连接|
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| 接受新的连接（这里用到accept()函数）
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| 从连接里读取数据（这里用到recv()系统函数，当然也可以是read()函数） |
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| 返回信息给连接（这里用到send()系统函数，当然也可以是write()函 数） |
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| | 还有数据 |-Y-------------------------------------------------------
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这种服务器模型是典型循环服务，如果不加上多进程/线程技术，此种服务吞吐量有限，大家都可以看到，如果前一个连接服务数据没有收发完毕后面的连接没办法处理。所以一般有多进程技术，对一个新连接启用一个新进程去处理，而监听socket继续监听。
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码
*purpose: 记录Linux下各类tcp服务程序源代码
*wrote by: zhoulifa([email protected]) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2006-07-04 22:00:00
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档，当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力
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一个循环TCP服务源代码（因为用fork进行多进程服务了，所以这种服务现实中也有用）如下：
| /*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ if(argv[1]) myport = atoi(argv[1]); if(argv[2]) lisnum = atoi(argv[2]); if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { if (listen(sockfd, lisnum) == -1) { |
一个测试客户端代码如下：
| /*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ int main(int argc, char *argv[]) if(argv[2]) myport = atoi(argv[2]); if (argc != 3) { |
用gcc cycletcpserver.c -o tcpserver和gcc cycletcpclient.c -o tcpclient分别编译上述代码后运行情况如下：
服务端运行显示：
| administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpserver server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 |
客户端运行显示：
| administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 |
不得不说的一个概念性问题：阻塞与非阻塞
在阻塞服务中，当服务器运行到accept语句而没有客户连接服务请求到来，那么会发生什么情况?这时服务器就会停止在accept语句上等待连接服务请求的到来；同样，当程序运行到接收数据语句recv时，如果没有数据可以读取，则程序同样会停止在接收语句上。这种情况称为阻塞(blocking)。
但如果你希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接，有就接受连接;否则就继续做其他事情，则可以通过将 socket设置为非阻塞方式来实现:非阻塞socket在没有客户在等待时就使accept调用立即返回 。
通过设置socket为非阻塞方式，可以实现“轮询”若干socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞socket读入数据时，函数将立即返回，并且返回值置为-1，并且errno置为EWOULDBLOCK。但是这种“轮询”会使CPU处于忙等待方式，从而降低性能。考虑到这种情况，假设你希望服务器监听连接服务请求的同时从已经建立的连接读取数据，你也许会想到用一个accept语句和多个recv()语句，但是由于accept及recv都是会阻塞的，所以这个想法显然不会成功。
调用非阻塞的socket会大大地浪费系统资源。而调用select()会有效地解决这个问题，它允许你把进程本身挂起来，而同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符的任何活动，只要确认在任何被监控的文件描述符上出现活动，select()调用将返回指示该文件描述符已准备好的信息，从而实现了为进程选出随机的变化，而不必由进程本身对输入进行测试而浪费CPU开销。
其次，并发服务器，在上述cycletcpserver.c中，由于使用了fork技术也可以称之为并发服务器，但这种服务器并不是真正意义上的IO多路复用的并发服务器，并且由于没有处理阻塞问题，实际应用有各种各样的问题。
一个典型IO多路复用的单进程并发服务器流程如下：
/*IO多路复用并发服务流程图*/
下面是一个演示IO多路复用的源程序，是一个端口转发程序，但它的用处相当大，实际应用中的各类代理软件或端口映射软件都是基于这样的代码的，比如Windows下的WinGate、WinProxy等都是在此基础上实现的。源代码如下：
| /*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ static int forward_port; #undef max /*************************关于本文档************************************ static int listen_socket (int listen_port) { static int connect_socket (int connect_port, char *address) { memset (&a, 0, sizeof (a)); if (!inet_aton(address, (struct in_addr *) &a.sin_addr.s_addr)) { if (connect(s, (struct sockaddr *) &a, sizeof (a)) < 0) { #define SHUT_FD1 { / #define SHUT_FD2 { / #define BUF_SIZE 1024 int main (int argc, char **argv) { if (argc != 4) { signal (SIGPIPE, SIG_IGN); forward_port = atoi (argv[2]); /*建立监听socket*/ for (;;) { /*把监听socket和可读socket三个一起放入select的可读句柄列表里*/ /*把可写socket两个一起放入select的可写句柄列表里*/ /*把有异常数据的socket两个一起放入select的异常句柄列表里*/ /*开始select*/ if (r == -1 && errno == EINTR) continue; /*处理新连接*/ /* NB: read oob data before normal reads */ if (fd2 > 0) /* NB: read data from fd1 */ /* NB: read data from fd2 */ /* NB: write data to fd1 */ /* NB: write data to fd1 */ /* check if write data has caught read data */ /* one side has closed the connection, keep writing to the other side until empty */ |
用gcc tcpforwardport.c -o MyProxy编译此程序后运行效果如下：
| ./MyProxy 8000 80 172.16.100.218 accepting connections on port 8000 connect from 127.0.0.1 |
当有用户访问本机的8000端口时，MyProxy程序将把此请求转发到172.16.100.218主机的80端口，即实现了一个http代理。
关于select函数：
其函数原型为：
int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
此函数的功能是由内核检测在timeout时间内，是否有readfds，writefds，exceptfds三个句柄集(file descriptors)里的某个句柄（file descriptor)的状态符合寻求，即readfds句柄集里有句柄可读或writefds句柄集里有可写或exceptfds句柄集里有例外发生，任何一个有变化函数就立即返回，返回值为timeout发生状态变化的句柄个数。
n是所有readfds，writefds，exceptfds三个句柄集(file descriptors)里编号最大值加1。比如：要检测两个socket句柄fd1和fd2在timeout时间内是否分别可读和可写就可以这样：
先把两个句柄集(file descriptors)清零：
FD_ZERO (&readfds);
FD_ZERO (&writefds);
然后把fd1加入读检测集：
FD_SET (fd1, &readfds);
然后把fd2加入写检测集：
FD_SET (fd2, &writefds);
再给timeout设置值，timeout是这样的一个结构：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
你可以这样赋值：
timeout.tv_sec=1;
timeout.tv_uec=0;
表示检测在1秒钟内是否有句柄状态发生变化。
如果有句柄发生变化，就可以用FD_ISSET检测各个句柄，比如：
FD_ISSET (fd1, &readfds);//检测是否fd1变成可读的了
FD_ISSET (fd2, &writefds);//检测是否fd2变成可写的了
示意程序代码如下：
| /*----------------------示意代码开始--------------------------------------------*/ fd1 = socket();//创建一个socket fd2 = socket();//创建一个socket while(1) { FD_ZERO (&readfds); FD_ZERO (&writefds); FD_SET (fd1, &readfds); FD_SET (fd2, &writefds); timeout.tv_sec=1; timeout.tv_uec=0; ret = select(fd1>fd2?(fd1+1):(fd2+1), &readfds, &writefds, NULL, &timeout); if(ret < 0) {printf("系统错误，select出错，错误代码：%d, 错误信息：%s", errno, strerror(errno));} else if(ret == 0) {printf("select超时返回，没有任何句柄状态发生变化！");} //有句柄状态发生了变化 if(FD_ISSET(fd1, &readfds)) { fd1有数据可读; fd1里的数据被读出来; } if(FD_ISSET(fd2, &writefds)) { fd2可写; fd2里发送数据给对方; } } /*----------------------示意代码结束--------------------------------------------*/ |
经常用到的几个自定义函数：
1、开启监听的函数
| /*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ ret = sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuseORnot, sizeof(int)); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuflen, sizeof(int)); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuflen, sizeof(int)); ioctl(sockfd,FIONBIO,&blockORnot);/*block or not*/ laddr.sin_family = PF_INET; ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&laddr, sizeof(struct sockaddr)); |
2、连接服务器的函数
| /*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ if((he=gethostbyname(serverip))== 0) { serversock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); ioctl(serversock, FIONBIO, &blockORnot); //block or not memset((char*)&sin, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); ret = connect(serversock, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)); if(ret == -1) { return serversock; |
3、发送数据函数Send
| /*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ struct timeval tival; tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&writefds); if(sock > 0) { ret = select(maxfds + 1, NULL, &writefds, NULL, &tival); while(i < size) { if (EINTR == errno) close(sock); |
4、接收数据函数Recv
| /*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ struct timeval tival; tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&readfds); if(sock > 0) { ret = select(maxfds + 1, &readfds, NULL, NULL, &tival); |
最后需要说明的是：我这里讲到的源程序并不能实际地作为一个产品程序来用，实际情况下可能会有其它许多工作要做，比如可能要建立共享队列来存放socket里读到的消息，也可能把发送消息先进行排队然后再调用Send函数。还有，如果不是全数字，在发送前一定要htonl转换为网络字节序，同理接收到后一定要先ntohl由网络字节序转换为主机字节序，否则对方发送过来的0x00000001在你这里可能是0x00010000，因为高低位顺序不同。