《UNIX网络编程》TCP网络编程基础(1)

最近发现只看书不打代码真的不行，所以还是决定自己把代码敲一遍，加深印象！

实验内容：

服务器和客户端通过tcp通信；

客户端从标准输入获得字符串，发送给服务器；

服务器统计收到的字符串长度，将结果返回给客户端；

客户端显示服务器返回的结果。

源代码：

/* * tcp_server.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/in.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

#define PORT 8888
#define LISTENQ 2
#define BUFSIZE 1024

typedef void (*sighandler_t)(int);

/*向信号signum注册一个void (*sighandler_t)(int)类型 *的函数，函数句柄为handler *使用typedef简化 */
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
/*处理子进程的终止信号，防止僵死进程*/
void sig_chld(int sign);

int 
main (int argc, char **argv)
{
    struct sockaddr_in  cliaddr, servaddr;
    int             listenfd, connfd;
    pid_t           childpid;
    socklen_t       clilen;
    signal(SIGCHLD, sig_chld);  

    if ( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)  //监听套接字
    {
        printf("socket error\n");
        return -1;
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); //清零
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    /*地址和端口都要转成网络字节序*/
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //本地地址
    servaddr.sin_port = htons(PORT);

    /*绑定地址结构到套接字描述符*/
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
    {
        printf("bind error\n");
        return -1;
    }

    /*监听, LISTENQ为监听队列的长度*/
    if (listen(listenfd, LISTENQ) < 0)
    {
        printf("listen error\n");
        return -1;
    }

    /*主循环*/
    for( ; ; )
    {
        clilen = sizeof(cliaddr);
        /*接收客户端连接*/
        connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &clilen);
        if (connfd < 0)
            continue;
        /*fork子进程来处理请求*/
        if ( (childpid = fork()) == 0 )
        {
            close(listenfd);    //子进程关闭监听套接字
            process_conn_server(connfd);
            exit(0);
        }
        close(connfd);  //父进程关闭连接套接字
    }
}



void sig_chld(int sign)
{
    pid_t   pid;
    int     stat;
    /*注意信号是不排队的，使用wait的话，同时多个信号只处理一个. *使用waitpid来取得所有已终止子进程的状态; *指定WNOHANG，告诉waitpid在有未终止的子进程运行时不要阻塞; *不能在循环中调用wait，因为它会阻塞. */
    while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
    {
        printf("child %d terminated\n", pid);
    }
    return;
}

/* *tcp_client.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/in.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

#define PORT 8888
#define BUFSIZE 1024

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
void sig_pipe(int sign);

int 
main (int argc, char **argv)
{
    struct sockaddr_in  servaddr;
    int             clifd;
    signal(SIGPIPE, sig_pipe);  

    if (argc != 2)
    {
        printf("usage: client server_addr\n");
        exit(1);
    }

    /*设置服务器地址*/
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); //清零
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //本地地址
    servaddr.sin_port = htons(PORT);

    if ((clifd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        printf("socket error\n");
        return -1;
    }
    /* 将用户输入的字符串类型的IP地址转为整型, * p: presentation 表达格式 ASCII串 * n: numeric 数值格式 二进制 * 第二个参数为字符串指针， 第三个参数为指向结构struct in_addr的指针 */
    inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
    if (connect(clifd, (struct sockaddr*) &servaddr, sizeof(struct sockaddr)) < 0)
    {
        printf("connect error\n");
        return -1;
    }
    process_conn_client(clifd);
    close(clifd);
}

/*当服务器一端关闭时，客户端如果继续向服务器发送数据，将会 *收到一个SIGPIPE信号，我们在这里捕捉该信号. */
void sig_pipe(int sign)
{
    printf("Catch a SIGPIPE signal\n");
}

/* *tcp_process.c */
#include <sys/types.h>


void process_conn_server(int fd)
{
    ssize_t     size = 0;
    char        buffer[1024];

    for (;;)
    {
        size = read(fd, buffer, 1024);
        if (size == 0)
            return ;
        sprintf(buffer, "%d bytes altogether\n", size);
        write(fd, buffer, strlen(buffer)+1);
    }
}


void process_conn_client(int fd)
{
    ssize_t     size = 0;
    char        buffer[1024];

    for (;;)
    {
        /*从标准输入读数据*/
        size = read(0, buffer, 1024);
        if (size > 0)
        {
            write(fd, buffer, size);    //写数据给服务器
            size = read(fd, buffer, 1024);  //从服务器读数据
            write(1, buffer, size); //输出到标准输出
        }
    }
}

编写Makefile：

CC = gcc

all:client server               #all规则，它依赖于client和server规则

client:tcp_process.o tcp_client.o   #client规则，生成客户端可执行程序

    $(CC) -o client tcp_process.o tcp_client.o 

server:tcp_process.o tcp_server.o   #server规则，生成服务器端可执行程序

    $(CC) -o server tcp_process.o tcp_server.o

clean:                              #清理规则，删除client，server和中间文件

    rm -f client server *.o

编译运行:

$ make
$ ./server &
$ ./client 127.0.0.1

清除中间文件及可执行文件：

$ make clean

一些说明

1. htonl()函数： 将一个32位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。

2. htons()函数：将一个16位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。

3. inet_pton()函数：将“点分十进制” －> “二进制整数”，同时适用于IPv4和IPv6。
   其中：
   p: presentation 表达格式 ASCII串；
   n: numeric 数值格式 二进制

4. 在 bind 和 accept 等函数中，需要将IPv4的地址结构sockaddr_in转换成通用地址结构sockaddr。

5. 我们使用fork产生子进程来处理请求，父进程对子进程的结束进行处理，否则会产生僵死进程。处理的信号为SIGCHLD，注意处理使用waitpid而不是wait，如果只调用一次wait，由于信号不排队，所以当有多个子进程同时死亡，发送给父进程的多个SIGCHLD只会处理1次，如果循环调用wait，在还有未结束子进程的情况下，父进程将阻塞在wait上。

6. 当服务器已经关闭，如果客户端试图向套接字写入数据，则会产生一个SIGPIPE信号，此时将造成程序的非正常退出。我们可以捕捉该信号，并进行一些善后工作。

7. 服务器fork子进程之后，父进程应该关闭连接套接字，否则当有其他连接到来，将可能耗尽所有的套接字描述符。另外，子进程应关闭监听套接字。