TCP网络编程与多进程并发实践

一、引言

在网络编程中，TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。而多进程并发则是一种提高服务器处理能力的有效手段，允许服务器同时处理多个客户端的请求。本文将详细介绍如何使用 TCP 协议进行网络通信，并结合fork函数实现多进程并发处理客户端连接。

二、整体思路

我们将实现一个简单的客户端 - 服务器模型，服务器端使用fork函数为每个客户端连接创建一个子进程进行处理，客户端则负责与服务器建立连接、发送数据并接收服务器的响应。

三、代码实现

1. 服务器端代码（ser.c）

以下是服务器端的代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    //创建套接字, AF_INET ipv4协议族, 字节流服务 ，版本目前为0
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if (-1 == sockfd )
    {
        exit(1);
    }

    //指定套接字地址（ip,port)
    struct sockaddr_in saddr,caddr;
    memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(6000);//1024, 
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    int res = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
    if ( -1 == res )
    {
        printf("bind err\n");
        exit(1);
    }

    res = listen(sockfd,5);//创建监听队列
    if ( -1 == res )
    {
        exit(1);
    }

    while( 1 )
    {
        int len = sizeof(caddr);
        int c = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);//接受连接, 可能阻塞
        if(c < 0 )
        {
            continue;
        }

        printf("accept c=%d\n",c);

        pid_t pid = fork();
        if ( pid == -1 )
        {
            close(c);
            continue;
        }

        if( pid == 0 )
        {
            while( 1 )
            {
                char buff[128] = {0};
                int n = recv(c,buff,127,0);//接受客户端发过来的数据，存放到buff中
                if( n <= 0 )
                {
                    break;
                }
                printf("buff=%s\n",buff);
                send(c,"ok",2,0);//给客户端发送ok,
            }
            close(c);
            printf("client close\n");
            exit(0);//退出子进程
        }
        //close(c);
    }
}

代码解释：

• socket函数：创建一个 TCP 套接字。
• bind函数：将套接字与指定的 IP 地址和端口号绑定。
• listen函数：将套接字设置为监听状态，创建一个监听队列。
• accept函数：接受客户端的连接请求，返回一个新的套接字用于与客户端通信。
• fork函数：为每个客户端连接创建一个子进程，子进程负责处理该客户端的请求。
• recv函数：接收客户端发送的数据。
• send函数：向客户端发送响应数据。

2. 客户端代码（cli.c）

以下是客户端的代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if ( -1 == sockfd )
    {
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in saddr;//服务器的Ip,port
    memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(6000);
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    int res = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
    if ( -1 == res )
    {
        printf("connect err\n");
        exit(1);
    }

    while( 1 )
    {
        printf("input:\n");
        char buff[128] = {0};
        fgets(buff,128,stdin);

        if( strncmp(buff,"end",3) == 0 )
        {
            break;
        }

        send(sockfd,buff,strlen(buff)-1,0);//给服务器发数据
        memset(buff,0,128);
        recv(sockfd,buff,127,0);//接收服务器返回的数据
        printf("recv:%s\n",buff);
    }
    close(sockfd);

    exit(0);
}

代码解释：

• socket函数：创建一个 TCP 套接字。
• connect函数：与服务器建立连接。
• send函数：向服务器发送数据。
• recv函数：接收服务器返回的数据。

四、编译与运行

1. 编译服务器端代码：

gcc ser.c -o ser

1. 编译客户端代码：

gcc cli.c -o cli

1. 运行服务器：

./ser

1. 运行客户端：

./cli

五、利用多进程服务器 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int socket_init();
void* fun(void* arg)
{
    int *p = (int*)arg;
    int c = *p;
    free(p);
    while( 1 )
    {
        char buff[128] = {0};
        int n = recv(c,buff,127,0);// n > 0 ,收到n个字节,n==0 对方关闭， -1失败
        if( n <= 0 )
        {
            break;
        }

        printf("buff=%s\n",buff);
        send(c,"ok",2,0);
    }

    close(c);//关闭
    printf("client close\n");

}
int main()
{
    int sockfd = socket_init();
    if ( sockfd == -1 )
    {
        exit(1);
    }

    while( 1 )
    {
        struct sockaddr_in caddr;//记录客户端的ip port(地址）
        int len = sizeof(caddr);
        int c = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);//caddr有值，存ip,port
        if ( c < 0 )
        {
            continue;
        }

        printf("accept c=%d\n",c);

        pthread_t id;
        int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
        *p = c;
        pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)p);
    }
}
int socket_init()
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);// 0,1,2, 3
    if ( sockfd == -1 )
    {
        return -1;
    }
    
    struct sockaddr_in saddr;//套接字地址, ip +port 
    saddr.sin_family = AF_INET;//ipv4
    saddr.sin_port = htons(6000);//
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    int res = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
    if ( res == -1 )
    {
        printf("bind err\n");
        return -1;
    }
    res = listen(sockfd,5);
    if ( res == -1 )
    {
        return -1;
    }

    return sockfd;
}