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。
1 #!/usr/bin/python
2 #encoding=utf-8
3
4 #5 #echo server, 对每一个请求都单独fork出一个进程来处理
6 #7
8 from socket import * #low-level networking interface
9 import time #Time access and conversions
10 import os #for os.fork()
11 import sys #for sys.exit()
12
13 def func(tcpCliSock, addr): #python中没有单独的声明,函数必须在使用前定义
14 try:15 whileTrue:16 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
17 if notdata:18 print 'connection end with :', addr19 break
20 print 'request from', addr , 'data :', data21 tcpCliSock.send('[%s] %s' %(time.ctime(), data))22
23 tcpCliSock.close()24 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
25 print 'Ctl-c caught in chlid Process'27 tcpCliSock.close()28 sys.exit()29
30 HOST = 'localhost'
31 PORT = 2012 #port是integer
32 BUFSIZE = 1024
33 ADDR =(HOST, PORT)34
35 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
36 tcpServerSock.bind(ADDR)37 tcpServerSock.listen(10) #10表accept的等待队列最大数
38
39 try:40 whileTrue:41 print 'waiting for connection ...'
42 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)
43 print 'connected from :', addr, 'local:', tcpCliSock.getsockname(), '------remote:', tcpCliSock.getpeername()44
45 #fork出一个子进程来处理单独的请求
46 pid =os.fork()47
48 if pid >0:49 print 'fork child process pid =', pid, 'to process', addr50 #os.waitpid(pid, os.WNOHANG) #还是没有起到回收的作用
51 tcpCliSock.close() #这个close很重要
52
53 if pid ==0 :54 tcpServerSock.close() #在子进程中关掉 tcpServerSock
55 func(tcpCliSock, addr) #子进程中运行func
56 sys.exit() #可以简单理解为退出子进程
57
58 tcpServerSock.close()59
60 except KeyboardInterrupt: #截获Ctr-c 异常,来关掉Server
61 print 'Ctl-C stop server'
62 tcpServerSock.close()63 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
1 #!/usr/bin/python
2 #encoding=utf-8
3
4 #5 #echo程序客户端,服务端把每条消息打上时间戳后返回
6 #7
8 from socket import *
9 importsys10
11 BUFSIZE = 1024
12 serverAddr = ('localhost', 2012)13 clientSock =socket(AF_INET, SOCK_STREAM)14
15 try:16 clientSock.connect(serverAddr) #若要连接的服务端没有启动,这里会抛出异常
17 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
18 print 'exception catched :',e19 sys.exit()20
21 whileTrue:22 data = raw_input('input data :')23 if not data: #直接回车就没有输入内容,退出
24 print 'client quit'
25 break
26 clientSock.send(data)27 data =clientSock.recv(BUFSIZE)28 print 'recieve :', data29
30 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?