网络字节序——TCP接口及其实现简单TCP服务器
网络字节序——TCP接口及其实现简单TCP服务器
文章目录
- 网络字节序——TCP接口及其实现简单TCP服务器
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- 简单TCP服务器的实现
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- 1. 单进程版：客户端串行版
- 2. 多进程版：客户端并行版
- netstat查看网络信息
- 3.多线程版：并行执行
- log.hpp
- 守护进程
-
-
- fg、bg
- setsid
-
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简单TCP服务器的实现
- TCP区别于UDP在于要设置套接字为监控状态，即TCP是面向链接，因此TCP套接字需要设置为监听状态
void initserver()
{
//1.创建套接字
_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(_listensock<0)
{
logMessage(FATAL,"create listensocket error");
exit(SOCK_ERR);
}
logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);
//2.bind ip和port
struct sockaddr_in local;
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_port=htons(_port);
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败
{
logMessage(FATAL,"bind error");
exit(BIND_ERR);
}
logMessage(NORMAL,"bind success");
//3.将套接字设置为监听模式
if(listen(_listensock,0)<0)
{
logMessage(FATAL,"listen error");
exit(LISTEN_ERR);
}
logMessage(NORMAL,"listen success");
}
socket函数原型
#include -
domain表示协议族，常用的有AF_INET（IPv4）和AF_INET6（IPv6）。 -
type表示Socket类型，常用的有SOCK_STREAM（TCP）和SOCK_DGRAM（UDP）。 -
protocol通常可以设置为 0，让系统根据domain和type来选择合适的协议。 -
socket()打开一个网络通讯端口,如果成功的话,就像open()一样返回一个文件描述符
-
应用程序可以像读写文件一样通过socket函数用read/write在网络上收发数据
bind函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
-
sockfd是socket描述符。 -
addr是一个struct sockaddr结构体，包含要绑定的IP地址和端口信息。 -
addrlen是addr结构体的长度。因为addr结构体可以接受多种协议的sockaddr结构体，因此要传其结构体的长度 -
bind()成功返回0,失败返回-1。
-
bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起, 使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号;
listen函数原型
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd是socket描述符，指用于进行网络监听的文件描述符backlog表示等待连接队列的最大长度。- listen成功返回0，失败返回-1
- listen函数将使得sockfd处于监听状态，并且允许backlog个客户端处于连接等待状态，当收到多于backlog个客户端的的连接请求则选择忽略。
- 实际上listen函数告诉操作系统指定的套接字sockfd处于监听状态，该套接字开始等待其他计算机通过网络与其建立连接，一旦有连接请求到达，操作系统会将连接请求放入连接队列中，连接队列的最大长度为backlog，连接队列是一个存放连接请求的缓冲区，如果队列已满新的连接请求将会被拒绝。即当一个套接字处于监听状态时，它不直接处理数据传输，而是等待其他计算机发起连接。
总的来说initserver函数作用是先创建套接字，然后填充指定的端口号和ip，并将套接字设置为监听状态
void start()
{
while(true)
{
struct sockaddr_in cli;
socklen_t len=sizeof(cli);
bzero(&cli,len);
int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);
if(sock<0)
{
logMessage(FATAL,"accept client error");
continue;
}
logMessage(NORMAL,"accept client success");
cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;
}
accept函数原型
#include -
sockfd：是一个已经通过socket函数创建的套接字描述符，并且是已经处于监听状态，用于监听传入的连接请求。 -
addr：是一个指向struct sockaddr结构的指针，用于接收连接请求的客户端的地址信息。 -
addrlen：是一个指向socklen_t类型的指针，用于指定addr缓冲区的长度，同时也用于返回实际客户端地址结构的大小。 -
accept函数作用是接受传入的连接请求，他会阻塞程序的执行，直到有一个连接请求到达。一旦有连接请求到达，将会创建一个新的套接字，并返回这个新套接字的文件描述符，这个新套接字用于与客户端进行通信，同时
addr和addrlen会填充上客户端的地址信息。 -
在服务器程序中，accept函数会被用在一个循环中，以接受多个客户端的连接请求
start函数作用是阻塞接受客户端发送来的连接请求，使得服务器与客户端建立通信
tcpclient.cc
#includetcpclient.hpp
#pragma once
#include tcpserver.cc
#include"tcpserver.hpp"
#include"log.hpp"
#includetcpserver.hpp
#pragma once
#include (args);
// ret->_this->serviceIO(ret->_psock);
// close(ret->_psock);
// delete ret;
// return nullptr;
// }
// void serviceIO(int sock)
// {
// char inbuffer[NUM];
// while(true)
// {
// ssize_t n=read(sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);
// if(n>0)
// {
// inbuffer[n]=0;
// cout<<"recv message: "<
// string outb=inbuffer;
// string outbuffer=outb+"[server echo]";
// write(sock,outbuffer.c_str(),outbuffer.size());
// }
// else
// {
// logMessage(NORMAL,"client quit,i quit yep");
// break;
// }
// }
// }
~tcpserver(){}
private:
int _listensock;//用于监听服务器的sock文件描述符
uint16_t _port;//端口号
};
}
1. 单进程版：客户端串行版
#pragma once
#include 注意：客户端串行給服务器发数据是在哪里堵塞？由于阻塞在accept函数处，即accept等待客户端接入是阻塞式等待。accept函数接收了一个连接请求后，后来的客户端连接请求需要在accept函数处等待，当上一个客户端退出后，服务器才能accept当前客户端发送来的连接请求成功，才能接收当前客户端的数据。即服务器串行接收处理客户端发送来的数据
2. 多进程版：客户端并行版
tcpserver.hpp
#pragma once
#include -
父进程fork创建子进程，创建完后waitpid等待回收子进程。子进程fork创建孙子进程，创建完后直接退出。导致孙子进程成为孤儿进程，进而被OS领养。因此除非客户端退出IO任务，否则孤儿进程将一直运行下去不会干扰到其他进程，即并行完成服务器和客户端的通信
-
注意的是服务器accept一次客户端的连接请求，就需要申请一个文件描述符，而文件描述符是有上限的，如果大量的客户端请求连接成功并且不结束的话，会造成文件描述符泄露。
因此在父进程那里需要关闭不使用的文件描述符
- 父进程这里回收子进程，不能使用非阻塞等待，原因在于非阻塞等待的本质是轮询，而这里使用后会导致父进程会在accept函数处阻塞等待客户端发送连接请求，那么父进程就无法回收子进程了。因此waitpid的返回值用ret接收，等待回收成功就打印日志，失败则跳过
- 当子进程图退出或者被中止时子进程会发送17号信号SIGCHILD给父进程，父进程可以通过忽略17号信号SIGCHILD的方式来不阻塞等待回收子进程（这种方法对于linux环境可用，其余不保证）
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
netstat查看网络信息
netstat 是一个用于查看网络连接和网络统计信息的命令行工具。它可以用来显示当前系统上的网络连接、路由表、接口统计信息等等。在 Linux 系统中，netstat 命令的用法如下：
netstat [options]
一些常用的选项包括：
-a：显示所有的连接，包括监听中和已建立的连接。-t：显示 TCP 协议的连接。-u：显示 UDP 协议的连接。-n：以数字形式显示 IP 地址和端口号，而不是尝试进行 DNS 解析。-p：显示与连接关联的进程信息。-r：显示路由表。-l：仅显示监听中的连接。-atun：显示所有的TCP和UDP连接
注意一下：这里出现了两个连接,原因在于服务器和客户端在同一台主机上，即服务器和客户端完成了本地环回，因此能看到两个连接。
3.多线程版：并行执行
tcpserver.hpp
#pragma once
#include - 服务器接收一个客户端的连接请求，就申请一个新线程，多线程下可以让服务器接收多个线程
log.hpp
#pragma once
#include 可变参数列表
va_list是(char*)重命名的类型，定义可以访问可变参数的变量。
va_start(ap, v) ap是定义的可变参数变量，v是形参中可变参数前第一个参数名，其作用是使ap指向可变参数部分。
va_arg(ap, t) ap是定义的可变参数变量，t是可变参数的类型，根据类型，访问可变参数列表中的数据。
va_end(ap) ap是定义的可变参数变量，使ap变量置空，作为结束使用。
vsnprintf函数原型
#include -
str是一个指向字符数组（缓冲区）的指针，用于存储格式化后的数据
-
size是缓冲区的大小，限制了写入的最大字符数，包括终止的 null 字符
-
format格式化字符串，类似于
printf函数中的格式化字符串 -
ap是一个
va_list类型的变量，用于存储可变参数列表的信息，并且要注意OS对参数压栈的顺序是从右向左 -
vsnprintf函数根据指定的format格式化字符串将数据写入str缓冲区，但不会超出指定的缓冲区大小。它会在写入数据后自动在缓冲区末尾添加一个 null 终止字符，确保结果是一个合法的 C 字符串。
守护进程
守护进程（Daemon）是在计算机系统中以后台方式运行的一类特殊进程。它通常在操作系统启动时被初始化，并在整个系统运行期间保持活动状态，不需要与用户交互。守护进程通常用于执行系统任务、服务管理以及提供后台服务，如网络服务、定时任务等。
守护进程特点如下：
- 后台运行，守护进程在后台运行，不与用户交互，没有控制终端。
- 独立性：它通常独立于用户会话，即使用户注销或关闭终端，守护进程也会继续运行。
- 没有标准输入输出：守护进程通常没有标准输入和输出，因为它们不与用户交互。它们通常将输出写入日志文件。
- 分离自身：守护进程会通过一系列操作来与终端、会话和控制组脱离连接，以确保它不会意外地被控制终端关闭。
一个服务器中可以具有多个会话，例如一个服务器上有一个root用户和多个普通用户，当普通用户登录上服务器时即成为一个会话。
一个会话具有多个后台任务，但只能具有一个前台任务（bash）。
- jobs查看任务可以看到任务1是./tcpserver，任务2是sleep 1000 | sleep 2000 | sleep 3000 &，任务3是sleep 4000 | sleep 5000 &，且三个任务后面都带&，在进程或任务后带&作用是将该任务放到后台运行
- sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000 、sleep 4000、sleep 5000的父进程都是16853即bash；而 sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000的PGID相同，都是sleep 1000的pid，即 sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000属于同一组，同一个组要协同起来完成同一个作业。第一个任务的pid是组长的pid即sleep 1000的pid；而小组16858和小组17070的SID都是16853，即这两个小组属于同一个会话（bash），要完成的是同一个任务；
fg、bg
fg 作业号：将作业放到前台
bg 作业号：将作业放到后台，或者继续执行后台作业
ctrl+Z将前台任务暂停并把作业放到后台
- 用户登录时服务器就需要为此创建一些后台作业和前台作业（命令行）来服务用户，而用户注销或退出服务器也会影响其前台作业和后台作业。而服务器程序不能受到用户登录和注销的影响。
- 我们可以使得服务器程序自成会话，自成进程组，那么该程序就与终端设备无关，不能再收到用户登录和注销的影响了。该类进程被称为守护进程
setsid
在Unix和类Unix系统中，
setsid是一个用于创建新会话的系统调用函数。会话（Session）是一组相关的进程组合，通常由一个控制终端和一些子进程组成。setsid函数的主要作用是将调用它的进程从当前会话中分离出来，并创建一个新的会话。
#include - 创建新会话：调用
setsid的进程会成为一个新的会话的组长（Session Leader）。新会话不再与之前的控制终端相关联。但该进程在调用setsid函数之前不能是组长。 - 分离终端：调用
setsid的进程不再与任何控制终端关联，无法重新获得控制终端。 - 成为新进程组的组长：新会话中的第一个进程（调用
setsid的进程）会成为新的进程组的组长。
daemon.hpp
#pragma once
#include /dev/null是一个特殊的设备文件，它被用作数据丢弃点，向它写入的数据会被丢弃，从它读取数据会立即返回EOF（End of File）- SIGPIPE的触发场景：当一个进程向一个已经关闭写端的管道（或者套接字）写数据时、当进程向一个已经收到
RST包（连接重置）的套接字发送数据时，该进程就会向父进程发送SIGPIPE信号来进行进程终止。对SIGPIPE进行忽略行为避免了进程向/dev/null中写入数据并出现错误导致的进程终止 - 父进程创建子进程，父进程作为组长，父进程退出后，子进程能够自己成为组长即能够成为守护进程
- dup2(oldfd,newfd):将oldfd的内容填充到newfd中，这样输入到newfd的内容被重定向到oldfd。在代码中是将输入文件描述符012的内容重定向到fd即/dev/null中
tcpserver.cc
#include"tcpserver.hpp"
#include"log.hpp"
#include"daemon.hpp"
#include