C语言实现一个简单的服务器

C/S结构流程图

服务端

socket函数

为了执行网络I/O，一个进程必须做的第一件事情就是创建一个socket函数

/* family 表示协议族     AF_INET(IPv4协议)、AF_INET6(IPv6协议)、AF_LOCAL(Unix域协议)、AF_ROUTE(路由套接字)、AF_KEY(  密钥套接字)
   type 表示套接字类型   SOCK_STREAM(字节流套接字)、SOCK_DGRAM(数据报套接字)、SOCK_SEQPACKET(有序分组套接字)、SOCK_ROW(原始套接字)
   protocol 表示传输协议 IPPROTO_TCP(TCP传输协议)、IPPROTO_UDP(UDP传输协议)、IPPROTO_SCTP(SCTP传输协议)
   若成功返回非负描述符，若出错返回-1  */
int socket(int family, int type, int protocol);

bind函数

bind函数把一个本地协议地址赋予一个套接字，对于网际协议，协议地址就是IP加端口的组合

/* sockfd 初始化的套接字
   myaddr 协议地址
   addrlen 协议地址长度
   若成功返回0 出错返回-1 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr * myaddr, socklen_t addrlen)

这个函数的第二个参数是协议地址，注意，这个协议地址已经有定义好的结构体，使用IPv4套接字结构地址时候，地址结构体定义如下

struct sockaddr_in {
    uint8_t sin_len;    //结构体长度
    sa_family_t sin_family; //AF_INET
    in_port_t sin_port; //端口(16-bie)
    struct in_addr sin_addr; //IPv4地址(32-bit)
    char sin_zero[8]; //没啥用，设置0即可
}

listen函数

listen函数仅有服务器调用，它完成两件事情：
1. 当使用socket函数创建一个套接字时，它被假设为一个主动套接字，也就是说，它是一个将发送connect发起连接的客户端套接字。当调用listen函数之后，它被转成一个被动套接字，只是内核应该接受连接请求。所以，调用listen之后套接字由CLOSED状态转到LISTEN状态
2. 这个函数规定内核应该为相应套接字排队的最大连接数

//失败时返回-1
int listen(int sockfd, int backlog)

backlog参数的设定其实是表示两个队列的总和，这两个队列分别是
1. 未完成连接队列，在客户端发送一个SYN直到三次握手完成，都是这个状态，SYN_RCVD状态。

2. 已完成连接队列，这个表示三次握手完成的状态，ESTABLISHED状态

accept函数

accept函数是由TCP服务器调用，用于从已完成连接队列的队头返回下一个已完成连接，如果已完成连接队列为空，那么进程进入睡眠模式

// sockdf 服务器套接字莫描述符
// cliaddr 已连接的客户端协议地址
// addrlen 已连接的客户端协议地址长度
// 成功返回非负描述符，出错返回-1
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

当accept成功时，返回值是由内核自动生成的全新描述符，代表与所返回的客户端TCP连接。所以，在我们讨论accept函数时，我们称第一个参数为监听套接字，它的返回值是已连接套接字，一个服务器通常指创建一个监听套接字（通常是80端口），内核为每个由服务器进程接受的客户端连接创建一个已连接套接字，当服务器完成对某个给定的客户端服务时，连接就会被关闭。
函数的第二个参数也是一个协议地址结构体，这个结构体和服务端协议地址是同一个结构体。我们可以不关心客户端的协议，直接传空，我们关系的是这个函数的返回值，因为它返回的是客户端连接描述符，我们可以对这个描述符进行写操作，从而实现给客户端传输数据。

write函数

// sockfd socket文件描述符
// buf 文件内容
// count 内容长度
ssize_t write(int sockfd, const void * buff, size_t count);

完整的服务器代码

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if(listenfd < 0){
        printf("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in svraddr;/*声明一个变量，类型为协议地址类型*/
    svraddr.sin_family = AF_INET;/*使用IPv4协议*/
    svraddr.sin_port = htons(8887);/*监听8887端口*/
    svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*绑定本机IP，使用宏定义绑定*/

    if(bind(listenfd ,(struct sockaddr *)&server_sockaddr,sizeof(server_sockaddr)) < 0){
        printf("bind error");
        return -1;
    }

    if(listen(listenfd, 20) < 0){
        printf("listen error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in cliaddr;/*只是声明，并没有赋值*/
    memset(&cliaddr, 0, sizeof(cliaddr));
    socklen_t ret = sizeof(cliaddr);
    int sockfd= accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &ret );

    if(sockfd < 0){
        printf("appect error");
        return -1;
    }

    char str[] = "Hello World";
    write(sockfd , str, sizeof(str));

    close(sockfd );
    close(listenfd);
}

客户端

socket函数

客户端要和服务端进行网络通讯，首先也必须调用socket函数,这里的socket函数和服务端的一样。

connect函数

TCP客户端就是使用connect函数和服务端建立连接

// sockfd 客户端TCP描述符
// sockaddr 服务端协议地址
// addrlen 服务端协议地址长度
int connect(int sockfd, const struct sockaddr * servaddr, socklen_t addrlen);

这个函数将触发客户端和服务端三次握手，函数的第一个参数sockfd表示客户端返回的描述符，这里不需要调用bind函数绑定端口，系统会自动分配。函数的第二个参数需要配置服务端IP和端口信息，同样有结构体规范这些信息，结构体也是和服务端一样使用sockaddr_in类型。

read函数

客户端连接上服务器之后返回的是一个Socket文件描述符，既然是文件描述符，就可以通过简单的read函数获取网络数据。

// sockdf 文件描述符
// buf 文件内容存放地址
// count 内容长度
ssize_t read(int sockfd,void *buf,size_t count)

完整的客户端代码

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int sockfd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if(sockfd== -1){
        printf("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in svraddr;
    svraddr.sin_family = AF_INET;/*使用IPv4协议*/
    svraddr.sin_port = htons(8887);/*需要连接的远程服务器端口*/
    svraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");/*需要连接的远程服务器IP*/

    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&svraddr, sizeof(servaddr))  < 0){
        printf("connect error");
        return -1;
    }

    char str[64];
    read(sockfd, str, 64);
    printf(str);

    close(sockfd);
}

迭代服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if(listenfd < 0){
        printf("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in svraddr;/*声明一个变量，类型为协议地址类型*/
    svraddr.sin_family = AF_INET;/*使用IPv4协议*/
    svraddr.sin_port = htons(8887);/*监听8887端口*/
    svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*绑定本机IP，使用宏定义绑定*/

    if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(svraddr)) < 0){
        printf("bind error");
        return -1;
    }

    if(listen(listenfd, 20) == -1){
        printf("listen error");
        return -1;
    }

    for ( ; ; ){ 
        struct sockaddr_in cliaddr;/*只是声明，并没有赋值*/
        socklen_t cliaddr_size = sizeof(cliaddr);
        int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &cliaddr_size );

        if(sockfd < 0){
            printf("appect error");
            return -1;
        }

        char str[] = "Hello World";
        sleep(3);//3秒之后再向客户端发送数据
        write(sockfd, str, sizeof(str));

        close(sockfd);
        /*close(listenfd);*/
    }
}

并发服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void doit(int sockfd);

int main()
{
    int listenfd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    pid_t pid;

    if(listenfd < 0){
        printf("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in svraddr;/*声明一个变量，类型为协议地址类型*/
    svraddr.sin_family = AF_INET;/*使用IPv4协议*/
    svraddr.sin_port = htons(8887);/*监听8887端口*/
    svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*绑定本机IP，使用宏定义绑定*/

    if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(svraddr)) < 0){
        printf("bind error");
        return -1;
    }

    if(listen(listenfd, 20) < 0){
        printf("listen error");
        return -1;
    }

    for( ; ; ){    
        struct sockaddr_in cliaddr;/*只是声明，并没有赋值*/
        socklen_t cliaddr_size = sizeof(cliaddr);
        int sockfd= accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &cliaddr_size );

        if(sockfd < 0){
            printf("appect error");
            return -1;
        }

        if( (pid = fork()) == 0 ){
            close(listenfd);/*子进程不需要监听，关闭*/
            doit(sockfd);/*针对已连接的客户端套接字进行读写*/
            close(sockfd);/*处理完毕，关闭客户端连接*/
            exit(0);/*自觉退出*/
        }    

        close(sockfd);
        /*close(listenfd);*/
    }
}

void doit(int sockfd){
    char str[] = "Hello World";
    sleep(3);//3秒之后再向客户端发送数据
    write(sockfd, str, sizeof(str));
}