典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端,当有客户端发起连接时,服务器调用的accept()返回并接受这个连接,如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理,尚未accept的客户端就处于连接等待状态,listen()声明sockfd处于监听状态,并且最多允许有backlog个客户端处于连接待状态,如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0,失败返回-1。
accept函数
#include
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); sockdf:
socket文件描述符
传出参数,返回链接客户端地址信息,含IP地址和端口号
传入传出参数(值-结果),传入sizeof(addr)大小,函数返回时返回真正接收到地址结构体的大小 成功返回一个新的socket文件描述符,用于和客户端通信,失败返回-1,设置errno addr: addrlen:
/* See NOTES */
返回值:
三方握手完成后,服务器调用accept()接受连接,如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求,就阻塞等待直到有客户端连接上来。addr是一个传出参数,accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen参数是一个传入传出参数(value-resultargument),传入的是调用者提供的缓冲区addr的长度以避免缓冲区溢出问题,传出的是客户端地址结构体的实际长度(有可能没有占满调用者提供的缓冲区)。如果给addr参数传NULL,表示不关心客户端的地址。
我们的服务器程序结构是这样的:
while (1) { }
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); n = read(connfd, buf, MAXLINE); ......
close(connfd);
整个是一个while死循环,每次循环处理一个客户端连接。由于cliaddr_len是传入传出参数,每次调用accept()之前应该重新赋初值。accept()的参数listenfd是先前的监听文件描述符,而accept()的返回值是另外一个文件描述符connfd,之后与客户端之间就通过这个connfd通讯,最后关闭connfd断开连接,而不关闭listenfd,再次回到循环开头listenfd仍然用作accept的参数。accept()成功返回一个文件描述符,出错返回-1。
connect函数
#include
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); sockdf:
socket文件描述符
传入参数,指定服务器端地址信息,含IP地址和端口号 addr: addrlen:
/* See NOTES */
传入参数,传入sizeof(addr)大小 成功返回0,失败返回-1,设置errno
返回值:
客户端需要调用connect()连接服务器,connect和bind的参数形式一致,区别在于bind的参数是自己的地址,而connect的参数是对方的地址。connect()成功返回0,出错返回-1。
C/S模型-TCP
下图是基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程:
TCP协议通讯流程
服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后,调用accept()阻塞等待,处于监听端口的状态,客户端调用socket()初始化后,调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答,服务器应答一个SYN-ACK段,客户端收到后从connect()返回,同时应答一个ACK段,服务器收到后从accept()返回。
数据传输的过程:
建立连接后,TCP协议提供全双工的通信服务,但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求,服务器被动处理请求,一问一答的方式。因此,服务器从accept()返回后立刻调用read(),读socket就像读管道一样,如果没有数据到达就阻塞等待,这时客户端调用write()发送请求给服务器,服务器收到后从read()返回,对客户端的请求进行处理,在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答,服务器调用write()将处理结果发回给客户端,再次调用read()阻塞等待下一条请求,客户端收到后从read()返回,发送下一条请求,如此循环下去。
如果客户端没有更多的请求了,就调用close()关闭连接,就像写端关闭的管道一样,服务器的read()返回0,这样服务器就知道客户端关闭了连接,也调用close()关闭连接。注意,任何一方调用close()后,连接的两个传输方
向都关闭,不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态,仍可接收对方发来的数据。 在学习socket API时要注意应用程序和TCP协议层是如何交互的:应用程序调用某个socket函数时TCP协议层完成什么动作,比如调用connect()会发出SYN段应用程序如何知道TCP协议层的状态变化,比如从某个阻塞的socket函数返回就表明TCP协议收到了某些段,再比如read()返回0就表明收到了FIN段
server
下面通过最简单的客户端/服务器程序的实例来学习socket API。
server.c的作用是从客户端读字符,然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。
#include
#define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 6666
int main(void) {
printf(\while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); n = read(connfd, buf, MAXLINE);
printf(\
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port));
bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); listen(listenfd, 20);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; socklen_t cliaddr_len; int listenfd, connfd; char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN]; int i, n;
}
}
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]); write(connfd, buf, n); close(connfd);
return 0;
client
client.c的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器,然后接收服务器返回的字符串并打印。
#include
#define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 6666
int main(int argc, char *argv[]) {
n = read(sockfd, buf, MAXLINE); printf(\write(STDOUT_FILENO, buf, n); write(sockfd, str, strlen(str));
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, \servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (argc != 2) { }
str = argv[1];
fputs(\exit(1);
struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, n; char *str;
}
close(sockfd); return 0;
由于客户端不需要固定的端口号,因此不必调用bind(),客户端的端口号由内核自动分配。注意,客户端不是不允许调用bind(),只是没有必要调用bind()固定一个端口号,服务器也不是必须调用bind(),但如果服务器不调用bind(),内核会自动给服务器分配监听端口,每次启动服务器时端口号都不一样,客户端要连接服务器就会遇到麻烦。
客户端和服务器启动后可以使用netstat命令查看链接情况: netstat -apn|grep 6666
出错处理封装函数
上面的例子不仅功能简单,而且简单到几乎没有什么错误处理,我们知道,系统调用不能保证每次都成功,必须进行出错处理,这样一方面可以保证程序逻辑正常,另一方面可以迅速得到故障信息。
为使错误处理的代码不影响主程序的可读性,我们把与socket相关的一些系统函数加上错误处理代码包装成新的函数,做成一个模块wrap.c:
wrap.c
#include
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr) { }
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen) {
int n;
if ((n = bind(fd, sa, salen))< 0)
perr_exit(\return n; int n; again:
if ( (n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0) { }
return n;
if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))
goto again;
perr_exit(\else perror(s); exit(1);