《UNIX网络编程》TCP网络编程基础(2)

在上一篇中，我们编写了一个简单的TCP服务器/客户端程序，初步探讨了一些问题，本文将进一步优化该程序，使我们的程序更加健壮。

问题提出

1. 我们的服务器阻塞于accept时，如果被信号中断了，将会返回一个错误，有些内核会自动重启被中断的系统调用，但为了可移植性，我们必须对慢系统调用返回EINTR有所准备。

2. 服务器关闭后，客户端由于阻塞在read上，不能及时收到服务器关闭的通知.

3. close存在两点限制（代码注释中将详细说明）

改进后的版本

/* * 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>
#include <errno.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*/
        if ( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &clilen)) < 0 )
        {
            /*accept属于慢系统调用，即它可能永远阻塞； *比如，如果没有客户连接到服务器上，那accept将不会返回。 *当阻塞于某个慢系统调用的进程捕捉了某个信号， *且相应信号处理函数返回时，该系统调用可能返回一个EINTR错误。 *在这里，我们重启被中断的系统调用。 */
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else
            {
                printf("accept error\n");
                return -1;
            }
        }
        /*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>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>

#define max(a,b) a>b?a:b

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);
    }
}

/*上一版的问题：服务器关闭后，客户端由于阻塞在read上， *不能及时收到服务器关闭的通知. *本版本改为阻塞于select调用，等待标准输入可读或者套接字可读. *套接字上的三个处理条件： *1.对端发送数据，套接字可读，read返回大于0的值； *2.对端发送FIN(对端进程终止)，套接字可读，read返回0(EOF); *3.对端发送RST(对端主机崩溃并重启)，套接字可读，read返回-1， * errno中含有确切的错误码. * *本版本使用shutdown主要原因如下： *1.close在描述符引用计数为0时才关闭套接字， * 而shutdown立即激发TCP的正常连接终止序列. *2.close终止读写两个方向的数据传送。有时我们需要告知对端 * 我们已经完成了数据发送，即使对端仍有数据要发送给我们. * 这时可以使用shutdown实现半关闭. */
void process_conn_client(int fd)
{
    ssize_t     size = 0;
    char        buffer[1024];
    int         maxfdp, stdineof;
    fd_set      rset;

    stdineof = 0;       //用来标识标准输入的结束

    FD_ZERO(&rset);

    for (;;)
    {
        if (stdineof == 0)              //标识为0才select标准输入的可读性
            FD_SET(0, &rset);
        FD_SET(fd, &rset);              //套接字
        maxfdp = max(0, fd) + 1;
        select(maxfdp, &rset, NULL, NULL, NULL);

        if (FD_ISSET(fd, &rset))        //套接字可读
        {
            if ( (size = read(fd, buffer, 1024)) == 0 ) //从服务器读数据
            {
                if (stdineof == 1)
                    return;             //正常结束
                else
                {
                    printf("server terminated prematurely\n");
                    return;
                }
            }
            write(1, buffer, size); //输出到标准输出
        }

        if (FD_ISSET(0, &rset))         //标准输入可读
        {
            /*从标准输入读数据*/
            if ( (size = read(0, buffer, 1024)) == 0 )
            {
                //读到EOF, 调用shutdown来发送FIN
                stdineof = 1;
                shutdown(fd, SHUT_WR);
                FD_CLR(0, &rset);
                continue;               //继续循环，此时可以接收数据，不可发送数据
            }
            write(fd, buffer, size);    //写数据给服务器
        }
    }
}

一些其他需要考虑的问题

1. 服务器主机崩溃，此时如果客户端向主机发送数据，将得不到响应，在不断重传到最后不得不放弃之后才得到错误消息（比如9分钟）。
   解决方案：设置超时， or 使用SO_KEEPALIVE套接字选项。

2. accept返回前连接中止。假设已经完成三次握手，客户TCP却发送了一个RST，在服务器端看了，就在该连接已由TCP排队，等着服务器进程调用accept时RST到达。稍后，服务器进程调用accept。

3. 服务器主机崩溃后重启。