Linux——网络套接字2|Tcp服务器编写

本篇博客先看后面的代码，再回来看上面这些内容。

.hpp文件，基本调用

服务器基本框架

接下来用tcp的方式创建套接字，我们用SOCK_STREAM

因为TCP是面向连接的，所以当我们通信的时候需要建立连接，

listen

将套接字状态转为监听状态，第一个参数套接字，第二个参数全连接队列长度（后续会详解这个参数）。

成功返回0，否则返回-1

如何理解监听状态？

由于TCP通信是需要连接的，即如果对方发过来连接我们要即使进行接收，listen是监听来自客户端的tcp socket的连接请求，即listen是看看客户端有没有发送连接请求过来。

我们在tcp_server.hpp里面完成创建tcp时初始化服务器的三大步：1.创建套接2.绑定3.listen

当我们启动服务器之后，用netstat -antp 可查看tcp相关的一些服务，加l之后，只会显示监听状态的服务，下图中listen表示当前服务器处于监听状态，即此时服务器随时等待别人的请求。

当服务器启动之后要先获取连接，有人连服务器时，服务器才能获取连接，若没人连服务器，服务器就处于阻塞状态，这里我们要这个接口。

accept

获取新连接，第一个参数是套接字，第二个参数是输出型参数，第三个参数是输入输出型参数。

accept成功之后返回一个套接字，失败返回-1

后俩个参数和recvfrom后俩个参数含义一模一样，代表的是客户端的ip和客户端的端口号

accept的返回值sock和我们自己的_sock有何区别？

_sock的核心任务只有一个：获取新连接。而未来真正进行网络服务的是sock。_sock只是帮助底层的accept把底层的连接获取上来。这个_sock我们更倾向于称作listensock，也俗称监听套接字。上图里得sock一般成为servicesock,服务套接字。

_sock是通过accept获取新的连接，sock负责网络服务。

read|write

当服务器创建连接成功后，服务器需要读取对方发送过来的信息，注意：这里不能用recvfrom这个专门用于udp报文，是面向数据报的，我们用下面这个接口。这个就是我们之前在OS经常用到的接口。

单进程循环版

我们可用telnet+IP+端口号去连接我们的服务器

之后按ctrl+],就可以发消息，此时发送的消息会被服务器收到

telnet的发送完信息之后，会立马读取对方发过来的信息，我们这里让服务器收到信息后，把信息又返回给了对方，因此这里左边消息出现了俩次。

telnet退出的时候输入按ctrl+],之后输入quit.此时telnet会自动退出，根据我们所写的程序，服务器也会自动退出。

当我们创建俩个客户端，给服务器发信息时，第二个客户端发不出去。

当第一个客户端退出之后，第二个客户端发送的消息会立刻被服务器接收。

这种情况又如何解决呢？这里我们写的是单进程，而且service里面是死循环，死循环一直在进行读取，若不退出就一直在读写。我们可以写一个多进程版

创建子进程，让子进程给新的连接提供服务，子进程能不能打开父进程曾经打开的文件fd呢？

能，创建子进程时，子进程会继承父进程的文件描述符表,所以会和父进程看到同一个文件。

这里让父进程创建连接，子进程去给客户端提供服务。

但是当子进程退出之后会进入僵尸状态，父进程需要回收子进程，而父进程在等待子进程时是阻塞时等待，子进程不退出，父进程wait就不会返回，但由于这里有多个客户端，就不能使用waitpid，我们需要一种不阻塞式的等待子进程。如果这里子进程较多，用waitpid非阻塞等待比较麻烦。

子进程退出时会向父进程发送SIGCHILD信号，如果主动忽略SIGCHILE信号，子进程退出的时候会自动释放自己的僵尸状态。

父进程至少打开了这俩个套接字，即俩个文件描述符。

创建了子进程，子进程会继承父进程打开的文件与文件fd。

这里子进程是来进行提供服务的，不需要知道listensock，只需要servicesock，因此要让子进程关闭掉不需要的listensock，对于父进程只需要关闭自己不需要的servicesock套接字。父进程永远只保留listensock即可。

tcp_server.hpp

#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"log.hpp"
static void service(int sock,const std::string&clientip,const uint16_t&clientport)
{
    //收到对方的消息后，进行一些转换再返回给对方
    char buffer[1024];
    while(true)
    {
        //read和write可以直接被使用！
        ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);
        if(s>0)
        {
            buffer[s]=0;
            //将发过来的数据当作字符串
            std::cout<"："<"# "<
        }
        else if(s==0)
            //返回值为0，代表对方关闭了连接，啥都没读到
        {
            logMessage(NORMAL,"%s:%d shutdown,me too!",clientip.c_str(),clientport);
            break;
        }
        else
        {
            logMessage(ERROR,"read socket error,%d:%s",errno,strerror(errno));
            break;
        }
        //走到这就读取成功了，我们接下来向套接字当中写入
        write(sock,buffer,strlen(buffer));
    }
}
class TcpServer
{
    private:
        const static int gbacklog=20;//这是listen的第二个参数
//一般不能太大也不能太小，后面会解释，这时listen的第二个参数
    public:
        TcpServer(uint16_t port,std::string ip=""):listensock(-1),_port(port),_ip(ip)
        {}
        //初始化服务器
        void initServer()
        {
            listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//返回值照样是文件描述符
            //参数含义第一个：网络通信 第二个：流式通信
            if(listensock<0)//创建套接字失败
            {
                logMessage(FATAL,"create socket error,%d:%s",errno,strerror(errno));//打印报错信息
                exit(2);
            }
            logMessage(NORMAL,"create socket success,sock:%d",listensock);//打印套接字,它的文件描述符是3
            //到这里创建套接字成功，接下来进行bind
            //bind目的是让IP和端口进行绑定
            //我们需要套接字，和sockaddr（这个里面包含家族等名称）
            //绑定——文件和网络
            struct sockaddr_in local;
            memset(&local,0,sizeof local);//初始化local
            local.sin_family=AF_INET;
            local.sin_port=htons(_port);//端口号，端口是主机序列，我们需要主机转网络
            local.sin_addr.s_addr=_ip.empty()?INADDR_ANY:inet_addr(_ip.c_str());
            //IP地址，由于我们构造的时候是IP是个空的字符串
            //所以我们可以绑定任意IP
            //我们一般推荐绑定0号地址或特殊IP
            //填充的时候IP是空的，就用INADDR_ANY否则用inet_addr
            if(bind(listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof local)<0)
            {
                //走到这就绑定失败了,我们打印错误信息
                logMessage(FATAL,"bind error,%d:%s",errno,strerror(errno));
                exit(3);
            }
            //因为TCP是面向连接的，当我们正式通信的时候需要先建立连接。
            //listen是在等待对方发过来连接，我们直接接收
            if(listen(listensock,gbacklog)<0)
            {
                logMessage(FATAL,"listen error,%d:%s",errno,strerror(errno));
                exit(4);
            }
            logMessage(NORMAL,"init server success");
        }
        //启动服务器
        void start()
        {
            signal(SIGCHLD,SIG_IGN);//子进程自动释放自己的僵尸状态，用信号可以避免父进程阻塞等待子进程
            //子进程退出，会向父进程发SIGCHLD信号，对SIGCHLD信号主动忽略，子进程退出的时候，会自动释放自己的僵尸状态
            //服务器一旦启动就要周而复始的去运行
            while(true)
            {
                //服务器启动之后先获取连接
                //当有人连服务器的时候才能获取连接，若没人连就无法获取
                //这里当没人连服务器的时候，我们让服务器一直进行阻塞。
                struct sockaddr_in src;
                socklen_t len=sizeof(src);
                int servicesock=accept(listensock,(struct sockaddr*)&src,&len);
                if(servicesock<0)
                {
                    //获取连接失败
                    logMessage(ERROR,"accept error,%d:%s",errno,strerror(errno));
                    continue;
                }
                //获取连接成功了
                uint16_t client_port=ntohs(src.sin_port);
                //客户端端口号在src
                //由于是网络发送过来得套接字信息
                //所以要把信息进行网络转主机
                std::string client_ip=inet_ntoa(src.sin_addr);
                //我们需要将四字节网络序列的IP地址，转换成字符串风格的点分十进制的IP地址
                //到这里我们拿到了IP和端口号
                //谁连接服务器，服务器就拿到谁的信息
                logMessage(NORMAL,"link success,servicesock：%d | %s : %d| \n",servicesock,client_ip.c_str(),client_port);
                //这里servicesock是4，符合数组下标描述符的分配规则
                //接下来进行通信服务
                //verison1--单进程循环版——智能一次处理一个客户端，处理完一个客户端之后，才能处理下一个客户端
                //service(servicesock,client_ip,client_port);
                //version——2.1多进程版
                //创建子进程，让子进程给新的连接提供服务，子进程能不能打开父进程曾经打开的文件fd呢？
                pid_t id=fork();
                assert(id!=-1);
                if(id==0)
                {
                    //子进程
                    close(listensock);
                    //子进程只是来进行提供服务的，我们关闭它不需要的套接字，同理父进程也关闭自己不需要的套接字
                    service(servicesock,client_ip,client_port);//子进程开始提供服务
                    exit(0);//子进程退出进入僵尸状态
                }
                //父进程要回收子进程
                close(servicesock);
            }
        }
        ~TcpServer(){}
    private:
        uint16_t _port;//端口号
        std::string _ip;//ip地址
            int listensock;
};

tcp_server.cc

#include "tcp_server.hpp"
#include 
 
static void usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage: " << proc << " port\n" << std::endl;
}
 
// ./tcp_server port
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[1]);
    std::unique_ptr svr(new TcpServer(port));
    svr->initServer();
    svr->start();
    return 0;
}

makefile

.PHONY:all
all:tcp_client tcp_server
 
tcp_client:tcp_client.cc
    g++ -o $@ $^ -std=c++11 #-lpthread
tcp_server:tcp_server.cc
    g++ -o $@ $^ -std=c++11
 
.PHONY:clean
clean:
    rm -f tcp_client tcp_server

log.hpp

#pragma once
 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 日志是有日志级别的
#define DEBUG   0
#define NORMAL  1
#define WARNING 2
#define ERROR   3
#define FATAL   4
 
const char *gLevelMap[] = {
    "DEBUG",
    "NORMAL",
    "WARNING",
    "ERROR",
    "FATAL"
};
 
#define LOGFILE "./threadpool.log"
 
// 完整的日志功能，至少: 日志等级 时间 支持用户自定义(日志内容, 文件行，文件名)
void logMessage(int level, const char *format, ...)
{
#ifndef DEBUG_SHOW
    if(level== DEBUG) return;
#endif
    // va_list ap;
    // va_start(ap, format);
    // while()
    // int x = va_arg(ap, int);
    // va_end(ap); //ap=nullptr
    char stdBuffer[1024]; //标准部分
    time_t timestamp = time(nullptr);
    // struct tm *localtime = localtime(×tamp);
    snprintf(stdBuffer, sizeof stdBuffer, "[%s] [%ld] ", gLevelMap[level], timestamp);
 
    char logBuffer[1024]; //自定义部分
    va_list args;
    va_start(args, format);
    // vprintf(format, args);
    vsnprintf(logBuffer, sizeof logBuffer, format, args);
    va_end(args);
 
    // FILE *fp = fopen(LOGFILE, "a");
    printf("%s%s\n", stdBuffer, logBuffer);
    // fprintf(fp, "%s%s\n", stdBuffer, logBuffer);
    // fclose(fp);
}