• Linux---Socket

    网络套接字(socket)

    网络通信仅仅是为了让两台主机间传送数据吗？数据是被谁需要的呢？--- 进程，所以网络通信的本质是两个进程间的通信。那么如何找到两台主机上的两个进程呢？

    1、通过IP地址确定网络中的唯一一台主机

    2、通过port(端口号)确定一台主机上的唯一一个进程（端口号是一个2字节16位的整数）

    IP和port 就是 网络socket(套接字)，由此可以标识互联网中的唯一一个进程

    如何理解端口号(port)

    (端口号和进程是对应的，通过端口号来找到进程id)

    我们知道操作系统中可以通过pid来标识进程，为什么还要有端口号呢？

    1、将其他模块(进程管理)和网络进行解耦

    2、端口号是专门为网络服务的

    一个进程可以有多个端口号，但是一个端口号只能对应一个进程。

    TCP和UDP协议特点

    TCP：1、传输层协议    2、有连接    3、可靠传输       4、面向字节流

    UDP：1、传输层协议    2、无连接    3、不可靠传输   4、面向数据报

    (注意：这里说的可靠不可靠，没有褒贬之分，是协议的特性，即TCP在传输数据时会考虑数据出错 / 丢失的问题，但是UDP不会，所以TCP会更慢，UDP会更快，各有各的特性)

    网络字节序

    大家在学C语言的时候就应该了解过电脑有大小端之分(大端：高位放在低地址处，小端：低位放在低地址处，是两种不同的数据存储方式)。本来在一台主机上没什么问题，但是网络通信发生在大端机和小端机之间，那么我们解释数据就会出问题，如下

    为了方便我们进行数据的大小端转化，系统还提供了一些接口

    (直接用就行，不用我们再去关心机器是大端还是小端) 

    socket编程接口

     接口的具体使用，会在后面介绍

    一、UDP协议网络编程

    (这里暂且不去关心UDP的底层原理，先来熟悉一下UDP的相关接口)

    1、接口介绍

    int socket(int domain, int type, int protocol);
    • domain：指定通信协议族，例如AF_INET表示IPv4协议，AF_INET6表示IPv6协议，AF_UNIX表示本地通信（Unix域套接字）等。
    • type：指定套接字类型，常见的类型有：
      • SOCK_STREAM：提供流式套接字，用于TCP协议。
      • SOCK_DGRAM：提供数据报套接字，用于UDP协议。
      • SOCK_RAW：提供原始套接字，允许对底层协议（如IP或ICMP）进行直接访问。
    • protocol：通常设置为0，表示选择默认的协议。在大多数情况下，内核可以根据domain和type参数自动确定所使用的协议。

    函数成功返回套接字的文件描述符，失败返回-1

    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); // UDP默认固定写法
    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    • sockfd：这是由socket函数返回的套接字文件描述符。
    • addr：这是一个指向sockaddr结构体的指针，该结构体包含了要绑定的地址信息，包括IP地址和端口号。对于IPv4地址，通常使用sockaddr_in结构体；对于IPv6地址，使用sockaddr_in6结构体。
    • addrlen：这是addr参数所指向的结构体的长度，通常以字节为单位。这可以用来确定结构体中包含了哪些字段，以及这些字段的长度。

    功能描述

    bind函数将sockfd所指定的套接字与addr参数所指向的地址结构体进行绑定。这允许服务器在特定的IP地址和端口号上监听客户端的连接请求。如果addr中的地址是通配符地址（如IPv4中的INADDR_ANY），则套接字将绑定到所有可用的网络接口上。

    返回值

    • 如果绑定成功，bind函数返回0。
    • 如果绑定失败，bind函数返回-1，并设置全局变量errno以指示错误原因。

    注意事项

    • 在调用bind函数之前，通常需要先调用socket函数来创建一个套接字。
    • bind函数通常用于服务器端套接字，以指定服务器应该在哪个地址和端口上监听连接请求。客户端套接字通常不需要调用bind函数，因为它们会由操作系统自动分配一个本地端口号。
    • 在某些情况下，如果套接字已经与某个地址绑定，再次调用bind函数可能会失败。此外，如果指定的地址或端口号已经被其他套接字使用，或者是不合法的，bind函数也会失败。
    1. ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,  
    2.                   struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    • sockfd：指定接收数据的套接字文件描述符。
    • buf：指向用于存储接收数据的缓冲区。
    • len：指定缓冲区的最大长度，即最多可以接收多少字节的数据。
    • flags：控制接收数据的方式。例如，MSG_WAITALL标志可以确保在函数返回之前，指定长度的数据全部被接收；MSG_DONTWAIT标志则使函数以非阻塞方式工作，如果没有数据可读，它将立即返回。默认设置为0
    • src_addr：指向一个sockaddr结构体（或其特定类型，如sockaddr_in对于IPv4）的指针，该结构体在函数返回时将被填充发送方的地址信息。
    • addrlen：是一个指向socklen_t变量的指针，用于传入src_addr结构体的初始长度，并在函数返回时更新为实际填充的长度。

    recvfrom函数的返回值是实际接收到的字节数。如果返回值为0，表示连接已关闭。如果出现错误，返回值为-1，此时可以通过errno变量来获取具体的错误信息。

    1. ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,  
    2.                const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
    • sockfd：是已经创建好的socket文件描述符，代表要发送数据的套接字。
    • buf：指向包含待发送数据的缓冲区的指针。
    • len：指定缓冲区中数据的长度，即要发送的字节数。
    • flags：发送选项，用于控制发送数据的方式。通常情况下，这个参数设置为0即可。
    • dest_addr：指向包含目的地址信息的sockaddr结构体（或其特定类型，如sockaddr_in对于IPv4）的指针。
    • addrlen：指定dest_addr结构体的大小。

    返回值：

    • 如果发送成功，sendto函数返回发送的字节数。
    • 如果发送失败，返回-1，并设置全局变量errno以指示错误原因。

    使用sendto函数时，通常不需要事先与目的主机建立连接，因此它非常适合于实现无连接的数据传输服务，如UDP。同时，由于发送和接收数据报是独立的，所以sendto函数允许数据报以任意顺序到达，并且不保证数据报的可靠传输。

    下面是一个简单用UDP实现的将客户端发来的消息再给它发回去的代码

    2、服务端代码

    1. // Udp_Server.hpp
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5.  
    6. // 网络相关的头文件
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include 
    11.  
    12. // 自定义的头文件  --- 在文章的结尾 - 附录部分 - 有具体的代码实现，有兴趣可以看看
    13. //  (这些头文件对我们理解代码的核心逻辑没有太大影响，只是为了让编码更加有条理)
    14. #include "nocopy.hpp"    // 包含防拷贝和赋值的类
    15. #include "Log.hpp"       // 包含日志类
    16. #include "Comm.hpp"      // 包含一些公用的变量
    17. #include "InetAddr.hpp"  // 包含管理网络地址的类
    18.  
    19. uint16_t portdefault = 8888;
    20.  
    21. class UdpServer : public nocopy // 继承防拷贝类，让自己也防拷贝
    22. {
    23. public:
    24.     UdpServer(uint16_t port = portdefault)
    25.         : _port(port)
    26.     {}
    27.     
    28.     void Init()
    29.     {
    30.         // 创建套接字
    31.         _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    32.         if (_sockfd == -1)
    33.         {
    34.             lg(Fatal, "socket faild : %d - %s", errno, strerror(errno)); // 打印日志，可以理解为cout，是我们单独封装的日志类
    35.             exit(SocketErr);
    36.         }
    37.         lg(Info, "socket success, sockfd: %d", _sockfd);
    38.  
    39.         // 绑定 bind
    40.         // 1、填充结构体
    41.         struct sockaddr_in local;
    42.         memset(&local, 0, sizeof(local));
    43.         local.sin_family = AF_INET;
    44.         local.sin_port = htons(_port);
    45.         local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定本机任意ip地址，可以收到发送到该主句的该端口号上的所有请求
    46.         // 因为一台主机可能有多个ip地址，如果绑死了，就只能接收到ipx这个地址收到请求，发送到其他的ip地址的请求就收不到了！！！
    47.         // 2、进行绑定
    48.         int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
    49.         if (n != 0)
    50.         {
    51.             lg(Fatal, "bind faild : %d - %s", errno, strerror(errno));
    52.             exit(BindErr);
    53.         }
    54.         lg(Info, "bind success");
    55.     }
    56.  
    57.     void Start()
    58.     {
    59.         char buffer[1024];
    60.         for (;;)
    61.         {
    62.             struct sockaddr_in peer;
    63.             socklen_t len = sizeof(peer);
    64.             ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);
    65.             if (n > 0)
    66.             {
    67.                 InetAddr addr(peer); // 这是用来管理发送方的ip和port的类，也是我们自己封装的
    68.                 buffer[n] = 0;
    69.                 std::cout << "[" << addr.DebugPrinit() << "]#" << buffer << std::endl;
    70.                 sendto(_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, len);
    71.             }
    72.         }
    73.     }
    74.  
    75.     ~UdpServer()
    76.     {}
    77.  
    78. private:
    79.     uint16_t _port;
    80.     int _sockfd;
    81. };
    82.  
    83. // UdpServer.cpp
    84. #include "Udp_Sercer.hpp"
    85. #include 
    86. #include 
    87.  
    88. void Usage(std::string commond)
    89. {
    90.     std::cout << "Usage:\n";
    91.     std::cout << commond << " port" << std::endl;
    92. }
    93.  
    94. int main(int argc, char *args[])
    95. {
    96.     if (argc != 2)
    97.     {
    98.         Usage(args[0]);
    99.         exit(1);
    100.     }
    101.     uint16_t port = std::stoi(args[1]);
    102.     std::unique_ptr s(new UdpServer(port));
    103.     s->Init();
    104.     s->Start();
    105.     return 0;
    106. }

    3、客户端代码

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. // 网络相关的头文件
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9.  
    10. // 自定义的头文件
    11. #include "Log.hpp"
    12. #include "Comm.hpp"
    13.  
    14. void Usage(std::string commond)
    15. {
    16.     std::cout << commond << " server_ip server_port" << std::endl;
    17. }
    18.  
    19. int main(int argc, char *args[])
    20. {
    21.     if (argc != 3)
    22.     {
    23.         Usage(args[0]);
    24.         exit(1);
    25.     }
    26.  
    27.     uint16_t port = std::stoi(args[2]);
    28.     // 创建socket
    29.     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    30.     if (sockfd < 0)
    31.     {
    32.         lg(Fatal, "socket faild : %d - %s", errno, strerror(errno));
    33.         exit(SocketErr);
    34.     }
    35.  
    36.     // 客户端需要bind吗？需要，但是我们不用显示的bind，这样也不好
    37.     // 因为客户端会有多个，每个人的ip地址和端口号都是动态变化的，一旦绑死，就会出问题
    38.     // 当我们第一次发送数据时，本机OS会自动帮我们bind上随机对应的ip地址和port
    39.  
    40.     // 填充服务器的网络地址
    41.     struct sockaddr_in server;
    42.     memset(&server, 0, sizeof(server));
    43.     server.sin_family = AF_INET;
    44.     server.sin_port = htons(port); // 注意转换成网络字节序
    45.     server.sin_addr.s_addr = inet_addr(args[1]); // inet_addr()将字符串转换成4字节的整形，并变成网络字节序，系统提供的函数
    46.  
    47.     //sockfd支持全双工通信
    48.     while (true)
    49.     {
    50.         std::cout << "please enter# ";
    51.         std::string buffer;
    52.         std::getline(std::cin, buffer);
    53.         ssize_t n = sendto(sockfd, buffer.c_str(), buffer.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
    54.         if (n > 0)
    55.         {
    56.             char buffer[1024];
    57.             struct sockaddr_in tmp;
    58.             socklen_t len = sizeof(tmp);
    59.             ssize_t m = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&tmp, &len); // 虽然我们知道服务器的网络地址信息，但是后面两个参数一般都要传，传nullptr可能会出错
    60.             if (m > 0)
    61.             {
    62.                 buffer[m] = 0;
    63.                 std::cout << "server recv# " << buffer << std::endl;
    64.             }
    65.             else
    66.                 break;
    67.         }
    68.         else
    69.             break;
    70.     }
    71.     close(sockfd);
    72.     return 0;
    73. }

    当我们熟悉了这些接口，我们就可以将代码进行改造，实现一些其他的有趣的功能，比如多人聊天会议室(需要结合多线程)，远程控制自己的服务器等等。

    二、TCP协议网络编程

    1、接口介绍

    1. int socket(int domain, int type, int protocol);
    2. // 和UDP中介绍的socket一样
    3. // 在选择tcp协议时，参数选项上有所差异，如下
    4. int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // tcp 默认固定写法
    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    用法和上面的UDP一样

    int listen(int sockfd, int backlog);
    • sockfd：这是listen函数的操作对象，它是建立socket时的返回值，即已绑定但未连接的套接字描述符。
    • backlog：这个参数代表了TCP连接请求的最大队列长度。具体来说，它指定了内核接受客户端SYN但未完成三次握手的TCP连接数量。如果连接请求的数量超过了backlog设置的值，后续的连接请求将会被拒绝。backlog参数的设置越大，TCP服务器可以同时处理的客户端连接就越多，但请注意，backlog的值应大于2，否则listen函数会失败。

    函数返回值：如果listen函数调用成功，则返回0；如果失败，则返回-1，并可以通过errno获取错误编号。

    注意：listen函数通常在调用bind函数之后和调用accept函数之前被调用。当listen函数调用成功后，TCP服务端的状态就会变为“LISTEN”，等待客户端的连接请求。 

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    • sockfd：这是accept函数的操作对象，它通常是一个处于监听状态的套接字描述符，由socket函数创建并经过bind和listen函数处理后的套接字。
    • addr：这是一个指向sockaddr结构的指针，用于存储客户端的地址信息。当accept函数成功接受一个连接后，它会把客户端的IP地址和端口号等信息写入这个结构中。
    • addrlen：这是一个指向socklen_t类型变量的指针，用于存储addr结构体的实际长度。在调用accept函数前，通常会把这个变量的值设置为addr结构体的大小，函数返回时，它会被更新为实际写入的长度。

    函数返回值：

    • 如果accept函数成功接受了一个连接，它会返回一个新的套接字描述符，这个描述符用于和客户端进行通信。原来的sockfd套接字则继续用于监听其他客户端的连接请求。
    • 如果accept函数失败，则返回-1，并设置全局变量errno以表示错误。

    值得注意的是，当sockfd套接字处于监听状态时，它会等待客户端的连接请求。一旦有客户端连接请求到来，accept函数会从已完成连接队列中取出一个连接请求，并创建一个新的套接字与该客户端通信。同时，accept函数会阻塞当前线程，直到有连接请求到来或者发生错误。

    1.    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
    2.                    socklen_t addrlen);
    • sockfd：这是标识一个套接字的文件描述符。它是由先前的socket函数调用返回的值，代表了客户端想要建立连接的套接字。
    • serv_addr：这是一个指向sockaddr结构的指针，包含了客户端想要连接的主机的地址和端口号信息。这个参数指定了数据发送的目的地，即服务器的地址。
    • addrlen：这是一个socklen_t类型的变量，表示serv_addr参数所指向的地址结构的长度。它帮助函数正确解析serv_addr中的地址信息。

    返回值：

    • 成功：当connect函数成功建立连接时，返回0。
    • 失败：如果连接建立失败，connect函数返回-1，并将错误原因存储在全局变量errno中。可能的错误原因包括但不限于：
      • EBADF：参数sockfd不是一个合法的socket处理代码。
      • EFAULT：参数serv_addr指针指向无法存取的内存空间。
      • ENOTSOCK：参数sockfd是一个文件描述词，但它不是一个socket。
      • EISCONN：参数sockfd的socket已经是连线状态。
      • ECONNREFUSED：连线要求被server端拒绝。
      • ETIMEDOUT：企图连线的操作超过限定时间仍未有响应。
      • ENETUNREACH：无法传送数据包至指定的主机。
      • EAFNOSUPPORT：sockaddr结构的sa_family不正确。
      • EALREADY：socket为不可阻塞且先前的连线操作还未完成。

    这里可以通过read和write两个文件相关的系统调用进行对tcp套接字的读写工作

    2、服务端代码

    1. // TcpServer.hpp
    2. #pragma once
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9.  
    10. #include 
    11. #include 
    12. #include 
    13. #include 
    14.  
    15. #include "nocopy.hpp"
    16. #include "Log.hpp"
    17. #include "Comm.hpp"
    18. #include "InetAddr.hpp"
    19. #include "ThreadPool.hpp"
    20.  
    21. const int DefaultBacklog = 5;
    22.  
    23. class TcpServer : public nocopy
    24. {
    25. public:
    26.     TcpServer(uint16_t port) : _port(port), _isrunning(false)
    27.     {
    28.     }
    29.  
    30.     void Init()
    31.     {
    32.         // 创建套接字
    33.         _listensockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    34.         if (_listensockfd < 0)
    35.         {
    36.             lg(Fatal, "socket failed");
    37.             exit(SocketErr);
    38.         }
    39.         lg(Info, "socket success, listensockfd: %d", _listensockfd);
    40.  
    41.         int opt = 1;
    42.         setsockopt(_listensockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt)); // 为了确保套接字_listensockfd在关闭后，其地址和端口可以立即被重新使用，而不是等待它们进入TIME_WAIT状态
    43.  
    44.         // bind
    45.         struct sockaddr_in local;
    46.         memset(&local, 0, sizeof(local));
    47.         local.sin_family = AF_INET;
    48.         local.sin_port = htons(_port);
    49.         local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    50.         if (bind(_listensockfd, CONV(&local), sizeof(local)) != 0)
    51.         {
    52.             lg(Fatal, "bind failed");
    53.             exit(BindErr);
    54.         }
    55.         lg(Info, "bind success, listensockfd: %d", _listensockfd);
    56.  
    57.         // 监听
    58.         if (listen(_listensockfd, DefaultBacklog) != 0)
    59.         {
    60.             lg(Fatal, "listen failed");
    61.             exit(ListenErr);
    62.         }
    63.         lg(Info, "listen success, listensockfd: %d", _listensockfd);
    64.     }
    65.  
    66.     void Server(int sockfd)
    67.     {
    68.         char buffer[4096];
    69.         while (true)
    70.         {
    71.             ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
    72.             if (n > 0)
    73.             {
    74.                 buffer[n] = 0;
    75.  
    76.                 std::cout << "client says# " << buffer << std::endl;
    77.                 std::string message = "server echo# ";
    78.                 message += buffer;
    79.                 write(sockfd, message.c_str(), message.size());
    80.             }
    81.             else if (n == 0)
    82.             {
    83.                 lg(Info, "client quit");
    84.                 break;
    85.             }
    86.             else
    87.             {
    88.                 lg(Info, "failed");
    89.                 break;
    90.             }
    91.         }
    92.     }
    93.  
    94.     void Start()
    95.     {
    96.         _isrunning = true;
    97.         while (_isrunning)
    98.         {
    99.             struct sockaddr_in t;
    100.             socklen_t len = sizeof(t);
    101.             int sockfd = accept(_listensockfd, CONV(&t), &len);
    102.             if (sockfd < 0)
    103.             {
    104.                 lg(Info, "accept failed");
    105.                 continue;
    106.             }
    107.             lg(Info, "accept success, new sockfd:%d", sockfd);
    108.  
    109.             Server(sockfd);
    110.             close(sockfd);
    111.         }
    112.     }
    113.  
    114.     ~TcpServer()
    115.     {
    116.     }
    117.  
    118. private:
    119.     uint16_t _port;
    120.     int _listensockfd;
    121.     bool _isrunning;
    122. };
    123.  
    124. // TcpServer.cpp
    125. #include 
    126. #include 
    127. #include 
    128. #include 
    129. #include 
    130. #include "Log.hpp"
    131. #include "Comm.hpp"
    132. #include 
    133.  
    134. void Usage(std::string commond)
    135. {
    136.     std::cout << commond << " server_ip server_port" << std::endl;
    137. }
    138.  
    139. bool VisitServer(std::string ip, uint16_t port)
    140. {
    141.     // 创建套接字
    142.     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    143.     if (sockfd < 0)
    144.     {
    145.         lg(Fatal, "sockfd failed");
    146.         return false;
    147.     }
    148.     // bind -- 交给OS
    149.     // connect
    150.     struct sockaddr_in server;
    151.     memset(&server, 0, sizeof(server));
    152.     server.sin_family = AF_INET;
    153.     server.sin_port = htons(port);
    154.     inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &server.sin_addr);
    155.     int n = connect(sockfd, CONV(&server), sizeof(server));
    156.     if (n < 0)
    157.     {
    158.         lg(Fatal, "connect failed");
    159.         return false;
    160.     }
    161.     while (true)
    162.     {
    163.         std::cout << "Please enter# ";
    164.         std::string buffer;
    165.         std::getline(std::cin, buffer);
    166.         ssize_t n = write(sockfd, buffer.c_str(), buffer.size());
    167.         if (n > 0)
    168.         {
    169.             char buffer[1024];
    170.             ssize_t m = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
    171.             if (m > 0)
    172.             {
    173.                 buffer[m] = 0;
    174.                 std::cout << buffer << std::endl;
    175.             }
    176.             else if (m == 0)
    177.             {
    178.                 close(sockfd);
    179.                 return false;
    180.             }
    181.             else
    182.             {
    183.                 close(sockfd);
    184.                 return false;
    185.             }
    186.         }
    187.         else
    188.         {
    189.             break;
    190.         }
    191.     }
    192. }
    193.  
    194. int main(int argc, char *args[])
    195. {
    196.     if (argc != 3)
    197.     {
    198.         Usage(args[0]);
    199.         exit(1);
    200.     }
    201.  
    202.     std::string ip = args[1];
    203.     uint16_t port = std::stoi(args[2]);
    204.     VisitServer(ip, port);
    205.     return 0;
    206. }

    3、客户端代码

    1. // TcpClient.cpp
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include "Log.hpp"
    8. #include "Comm.hpp"
    9. #include 
    10.  
    11. void Usage(std::string commond)
    12. {
    13.     std::cout << commond << " server_ip server_port" << std::endl;
    14. }
    15.  
    16. bool VisitServer(std::string ip, uint16_t port)
    17. {
    18.     // 创建套接字
    19.     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    20.     if (sockfd < 0)
    21.     {
    22.         lg(Fatal, "sockfd failed");
    23.         return false;
    24.     }
    25.     // bind -- 交给OS
    26.     // connect
    27.     struct sockaddr_in server;
    28.     memset(&server, 0, sizeof(server));
    29.     server.sin_family = AF_INET;
    30.     server.sin_port = htons(port);
    31.     inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &server.sin_addr);
    32.     int n = connect(sockfd, CONV(&server), sizeof(server));
    33.     if (n < 0)
    34.     {
    35.         lg(Fatal, "connect failed");
    36.         return false;
    37.     }
    38.     while (true)
    39.     {
    40.         std::cout << "Please enter# ";
    41.         std::string buffer;
    42.         std::getline(std::cin, buffer);
    43.         ssize_t n = write(sockfd, buffer.c_str(), buffer.size());
    44.         if (n > 0)
    45.         {
    46.             char buffer[1024];
    47.             ssize_t m = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
    48.             if (m > 0)
    49.             {
    50.                 buffer[m] = 0;
    51.                 std::cout << buffer << std::endl;
    52.             }
    53.             else if (m == 0)
    54.             {
    55.                 close(sockfd);
    56.                 return false;
    57.             }
    58.             else
    59.             {
    60.                 close(sockfd);
    61.                 return false;
    62.             }
    63.         }
    64.         else
    65.         {
    66.             break;
    67.         }
    68.     }
    69. }
    70.  
    71. int main(int argc, char *args[])
    72. {
    73.     if (argc != 3)
    74.     {
    75.         Usage(args[0]);
    76.         exit(1);
    77.     }
    78.  
    79.     std::string ip = args[1];
    80.     uint16_t port = std::stoi(args[2]);
    81.     VisitServer(ip, port);
    82.     return 0;
    83. }

    我们在熟悉了这些接口之后，还能实现一些其他的有趣的功能，有时间，我会单独出几篇文章来讲述一些基于网络的有趣项目的实现。

    三、总结

    对网络通信的进一步理解

    对于UDP和TCP的接口的介绍暂时就说到这里，下面我们透过上面的编码简单聊聊UDP和TCP

    1、在前面，我们说过网络传输的字节序是大端，而主机分为大端机和小端机，那么为什么我们上面的代码没有对大小端进行相应的处理呢？

    本质是因为我们传输的数据都是char类型的数据，只有1字节，而大小端针对的是多字节数据的存储，如整形，长整型，浮点数等，所以char类型的数据不受大小端影响。故能顺利得出，否则就需要我们手动对数据进行大小端转换的处理。

    2、如何理解面向数据报和面向字节流？

    这里简单说明一下，面向数据报类似我们收取快递，一个箱子就是一个快递，也就是说，数据报是一份一份的，分开的，有边界的。

    而面向字节流类似我们之前在进程通信中讲过的管道，我们可以往里面多次输入数据，我们在读取时可以一次性全拿出来，也能分成多次拿出，取决于我们如何使用这些数据

    从中我们也能看出，tcp协议要比udp协议更难写，相比于收取"快递数据"，如何从一堆数据中拼凑出正确的数据显然难度更大(并且具体的收发是由OS实现的，也就是说客户端无法得知我们发送的数据是否全部发送了，服务端也无法得知我们的数据是否完整的到达了)。

    3、我们写的服务端代码难道要像上面这样在前台运行吗，如果用户退出，我们的服务挂掉了怎么办？如何让服务在服务器上一直跑，直到服务器被关掉呢？

    我们写的网络服务，不能在bash中以前台进程的方式运行，真正的服务器，必须在Linux的后台，以守护进程(精灵进程)的方式进行运行。

    什么是守护进程？

    在解释这个之前，我们先来了解一下其他的相关概念

    (父进程和进程大家都很了解了，这里就不做介绍了，这里引入两个新概念---进程组和会话)

    • 进程组是一个或多个进程的集合，每个进程都属于一个进程组。进程组主要目的是为了简化对多个进程的管理。每个进程组都有一个唯一的进程组ID，这个ID通常是进程组中的组长进程的进程ID。组长进程可以创建一个进程组，并在其中创建新的进程。只要进程组中有一个进程存在，进程组就会持续存在，与组长进程是否终止无关。此外，进程组ID在诸如waitpid函数和kill函数的参数中都有使用，使得我们可以对整个进程组内的进程进行统一的管理和操作，比如使用kill命令通过进程组ID来结束整个进程组的进程。
    • 会话则是操作系统中用于管理进程的抽象概念，它提供了一个运行环境和资源共享的上下文。会话由一个或多个进程组组成，每个会话都有一个唯一的会话ID，这个ID与会话的领头进程（即创建会话的进程）的PID相同。会话的主要功能包括进程间通信、控制终端以及作业控制。会话中的进程可以通过进程间通信机制相互通信和共享信息。会话通常与一个控制终端相关联，用于输入和输出的交互。会话首领可以通过控制终端与用户进行交互，并控制终端的行为。此外，会话还提供了作业控制的机制，可以将进程从前台切换到后台，或者从后台切换到前台。

    这里首先强调：不要将这两个概念下的进程间关系往父子上去靠，这是两个不同层面的概念。

    相信大家看完上面这段话还是不太理解这两个概念，下面我们结合bash再来具体的理解一下会话和进程组。

    如何创建守护进程？

    1. 屏蔽信号：根据具体情况，屏蔽一些信号，防止影响守护进程的执行
    2. 创建子进程并退出父进程：因为setsid()需要当前进程不能是进程组的组长，而我们启动的服务器进程就一个，所以它必然是进程组组长，所以我们需要通过fork()函数创建子进程，让子进程来执行setsid()函数
    3. 在子进程中创建新会话：在子进程中，调用setsid()函数来创建一个新的会话，并使子进程成为该会话的会话首领。这样，子进程就完全独立出来，脱离了对控制终端的依赖。
    4. 改变当前工作目录：使用chdir()函数将当前工作目录更改为根目录。当然，也可以根据需要更改到其他路径。
    5. 关闭文件描述符：关闭所有从父进程继承而来的打开文件描述符。这些描述符在守护进程中可能不会被用到，关闭它们可以节省系统资源，并防止可能的文件锁定问题。
    1. #pragma once
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8.  
    9. const char *root = "/";
    10. void daemon(bool ischdir, bool isclose)
    11. {
    12.     // 忽略可能引起程序异常退出的信号
    13.     signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
    14.     signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    15.     // 创建子进程 --- 不让自己成为组长
    16.     if (fork() > 0) exit(0);
    17.     // 设置让自己成为一个新的会话
    18.     setsid();
    19.     // 改变cwd
    20.     if (ischdir)
    21.     {
    22.         chdir(root);
    23.     }
    24.     // 关闭文件描述符 / 重定向
    25.     if (isclose)
    26.     {
    27.         close(0);
    28.         close(1);
    29.         close(2);
    30.     }
    31.     else
    32.     {
    33.         int fd = open("/dev/null", O_RDWR); // /dev/null是一个字符设备文件，输入进去的数据被清空，读取出来的数据为空，推荐用这个
    34.         dup2(fd, 0);
    35.         dup2(fd, 1);
    36.         dup2(fd, 2);
    37.         close(fd);
    38.     }
    39. }
    1. #include "dameon.hpp"
    2. int main()
    3. {
    4.     daemon(true,false); // 测试
    5.     while(1)
    6.     {
    7.         sleep(1);
    8.     }
    9.     return 0;
    10. }

    从上图中，我们得知testd这个进程是孤儿进程，不和任何终端相连，是一个独立的会话， 同时它的当前工作路径被我们改为了/，标准输入/输出/错误也被重定向到了/dev/null这个字符设备文件，要想结束该进程，直接kill -9就行，当然我们也可以通过设置相关的信号用来关闭该守护进程。

    系统其实也帮我们写个daemon这个函数用来创建守护进程

     (具体的函数内部实现和我们写的不太一样，可以看看文档)

    这里推荐自己写，因为不同系统的daeman实现可能不同，不容易把控，还是自己写比较稳妥，可以根据具体需求自己定制设计

    四、附录

    上面客户端和服务端中包含的头文件内容

    1. //InetAddr.hpp
    2. #pragma once
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. class InetAddr  // 用来管理网络套接字ip,port
    10. {
    11. public:
    12.     InetAddr(const struct sockaddr_in& addr)
    13.     {
    14.         _ip = inet_ntoa(addr.sin_addr);
    15.         _port = ntohs(addr.sin_port);
    16.     }
    17.     std::string IP()
    18.     {
    19.         return _ip;
    20.     }
    21.     uint16_t Port()
    22.     {
    23.         return _port;
    24.     }
    25.     std::string DebugPrinit()
    26.     {
    27.         return _ip + ":" + std::to_string(_port);
    28.     }
    29.     ~InetAddr()
    30.     {}
    31. private:
    32.     std::string _ip;
    33.     uint16_t _port;
    34. };
    35.  
    36. // Comm.hpp
    37. enum{
    38.     SocketErr=1,
    39.     BindErr,
    40.     ListenErr
    41. };
    42.  
    43. #define CONV(addr) ((struct sockaddr *)addr)
    44.  
    45. // Log.hpp
    46. #pragma once
    47. #include 
    48. #include 
    49. #include 
    50. #include 
    51. #include 
    52. #include 
    53. #include 
    54. #include 
    55. #include 
    56. #include "LockGuard.hpp"
    57.  
    58. enum
    59. {
    60.     Debug,
    61.     Info,
    62.     Warning,
    63.     Error,
    64.     Fatal
    65. };
    66.  
    67. enum
    68. {
    69.     Screem = 10,
    70.     OneFile,
    71.     Files
    72. };
    73.  
    74. const int defaultstyle = Screem;
    75. const std::string filename = "Log";
    76. const std::string dir = "Log";
    77.  
    78. std::string LevelToString(int level)
    79. {
    80.     switch (level)
    81.     {
    82.     case Debug:
    83.         return "Debug";
    84.     case Info:
    85.         return "Info";
    86.     case Warning:
    87.         return "Warning";
    88.     case Error:
    89.         return "Error";
    90.     case Fatal:
    91.         return "Fatal";
    92.     default:
    93.         return "unknown";
    94.     }
    95. }
    96.  
    97. class Log
    98. {
    99. public:
    100.     Log():_style(defaultstyle),_filename(filename),_filepath(dir)
    101.     {
    102.         mkdir(_filepath.c_str(),0775); // 在当前目录下创建目录
    103.         pthread_mutex_init(&_mutex,nullptr);
    104.     }
    105.  
    106.     std::string local_time()
    107.     {
    108.         time_t cur = time(nullptr);
    109.         struct tm* t = localtime(&cur);
    110.         char buffer[128];
    111.         // asctime_r(t, buffer);
    112.         snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%d-%d-%d %d:%d:%d",t->tm_year+1900,t->tm_mon+1,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
    113.         return buffer;
    114.     }
    115.  
    116.     void Write(const std::string &info, const std::string &suffix)
    117.     {
    118.         // 可以加锁，保证线程安全 ...
    119.         LockGuard lock(&_mutex);
    120.         std::string name = _filepath + "/" + _filename + suffix;
    121.         std::ofstream ifs(name.c_str(), std::ios_base::out | std::ios_base::app);
    122.         if(ifs.is_open())
    123.             ifs<
    124.         ifs.close();
    125.         // std::cout<
    126.     }
    127.  
    128.     void WriteToFile(const std::string &info, const std::string& level)
    129.     {
    130.         switch(_style)
    131.         {
    132.             case Screem:
    133.                 std::cout << info;
    134.                 break;
    135.             case OneFile:
    136.                 Write(info,".all");
    137.                 break;
    138.             case Files:
    139.                 Write(info,"."+level);
    140.                 break;
    141.             default:
    142.                 break;
    143.         }
    144.     }
    145.  
    146.     void Message(int level, const char *format, ...)
    147.     {
    148.         char buffer[1024];
    149.         va_list args;
    150.         va_start(args, format);
    151.         vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, args);
    152.         va_end(args);
    153.         // printf("[%s][%s][%s]\n",LevelToString(level).c_str(),local_time().c_str(),buffer);
    154.         char info[4096];
    155.         std::string lev = LevelToString(level);
    156.         snprintf(info,sizeof(info),"[%s][%s][%s] %s\n",std::to_string(getpid()).c_str(),
    157.             lev.c_str(),local_time().c_str(),buffer);
    158.         WriteToFile(info,lev);
    159.     }
    160.  
    161.     // 将Message函数转换成仿函数，方便调用
    162.     void _Message_(int level, const char *format, va_list args)
    163.     {
    164.         char buffer[1024];
    165.         vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, args);
    166.         char info[4096];
    167.         std::string lev = LevelToString(level);
    168.         snprintf(info,sizeof(info),"[%s][%s][%s] %s\n",std::to_string(getpid()).c_str(),
    169.             lev.c_str(),local_time().c_str(),buffer);
    170.         WriteToFile(info,lev);
    171.     }
    172.  
    173.     void operator()(int level, const char *format, ...)
    174.     {
    175.         va_list args;
    176.         va_start(args, format);
    177.         _Message_(level,format,args);
    178.         va_end(args);
    179.     }
    180.  
    181.     ~Log()
    182.     {
    183.         pthread_mutex_destroy(&_mutex);
    184.     }
    185.  
    186.     // 提供接口，方便我们改变日志的输出
    187.     void Enable(int mode)
    188.     {
    189.         _style = mode;
    190.     }
    191.  
    192. private:
    193.     int _style;
    194.     const std::string _filename;
    195.     const std::string _filepath;
    196.     pthread_mutex_t _mutex;
    197. };
    198.  
    199. Log lg;
    200.  
    201. class Conf
    202. {
    203. public:
    204.     Conf()
    205.     {
    206.         lg.Enable(Screem);
    207.     }
    208.     ~Conf()
    209.     {}
    210. };
    211.  
    212. Conf conf;
    213.  
    214. // nocopy.hpp
    215. #pragma once
    216. class nocopy
    217. {
    218. public:
    219.     nocopy()=default;
    220.     nocopy(const nocopy&tmp)=delete;
    221.     nocopy& operator=(const nocopy&tmp)=delete;
    222. };
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/V_zjs/article/details/137426801