4 基本TCP套接字编程

4 基本TCP套接字编程

4.1 socket 函数

此函数用于返回socket句柄，family、type、protocol其值如下图所示，其中protocol常常被置为0，系统会为我们选择默认值。

4.2 connet 函数

此函数用于TCP 客户端和服务器建立连接时用的，并且对于客户端(无论udp还是tcp，都不需要调用bind，内核会为我们做好这些事情)。函数中的第2、第3参数，均为服务端IP和port。调用connet函数之后，client和server开始建立3次握手。

connet返回出错的可能有以下3种：
1、TCP客户端发送SYN之后未收到响应，超时重传之后，会返回ETIMEOUT错误；
2、SYN之后收到服务端RST消息，返回ECONNREFUSED错误，server端返回RST有如下几种情况：

1、到不存在的端口连接请求，对于udp连接，如果目的端口没在使用，则会产生ICMP端口不可达消息，对于TCP则会产生rst消息。
2、异常终止一个连接，如果本端发生异常，无法正常关闭(发送fin消息)，则只能发送rst消息。这样做有2个好处，本端丢弃未发送的数据；rst接收方可以区分是正常关闭还是异常关闭。
3、检测半打开连接，比如服务端已经关闭(异常关闭，如机器重启，或fin消息丢掉)，而客户端并不知道服务端已经关闭，所以这个时候，客户端则处于半打开连接，如果这个时候客户端又向服务端发送数据，由于服务端已经断开连接(如重启机器)，并不知道这个数据从哪来的，先前没有经过3次握手建立连接，则只能回复rst消息，告知客户端异常关闭。

3、收到ICMP目的端或网络不可达错误，超时重传，会返回EHOSTUNREACH或ENETUNREACH错误。
注意：按照TCP状态图，客户端从net之后，clost->syn_sent，收到ack之后，syn_sent->established。如果connet失败，未收到ack，则必须关闭socket，重新建立socket，再次connet，而不能反复调用connet。

4.3 bind函数

对于服务器一般都要调用bind函数来绑定本地IP和PORT，当然其IP可以为INADDR_ANY，通配，内核会为我们制定一个本机可用IP，如果port设定为0，也是通配，内核会为我们指定一个可用的。这个时候可以调用getsockname来获取内核指定的地址。当然了一般情况，服务器都会设定好ip地址和port，用不着内核指定。

4.4 listen函数

服务端需要调用的函数，调用完，状态变化为closed->listen。
服务器函数调用顺序：socket->bind->listen->accept
对于listen函数第2个参数，TCP服务器需要维护两个队列，未完成连接队列和已完成连接队列，在下面两个图中已经说明的很详细了。
当3此握手完成之后，则可以调用accept，并从已完成队列中的对头取一项accept，如果队列为空，服务器进程进入休眠状态。当然对于高并发的服务器，backlog值应该设定的大一些，目前看到的服务器，指为1000，经验值。
如果backlog值很小，两个队列已经满了，那么客户端新来的syn做和处理呢，服务器会忽略掉，这时客户端会超时重连的，继续发送syn。

4.5 accept函数

connected socket和listening socket：如果调用成功，cliaddr和addrlen则为客户端地址结构和长度，其返回值为connected socket句柄，第一个参数sockfd为listening socket，一个服务端通常创建一个listening socket，用于监听客户端connect请求，每次与客户端3次握手完成之后，就会创建一个connected socket，当与此客户端通信完成，则此socket需要关闭。

4.6 并发服务器

对于一个高并发的服务器，不可能在一个客户处花太长时间处理，而堵塞住不去处理其它客户请求，一个简单的做法如下：



每次accept之后，直接fork一个子进程，fork返回值如果是0，则表示当前进程为子进程，不为0则是子进程pid，则可以判断为主进程。在子进程中可以通过getppid函数获取主进程pid。
注意：如果fork一个子进程，其connected socket则需要在主、子进程中分别调用close来关闭掉。并且在子进程还需要单独关闭掉listening socket。这个地方就出现了一个问题，listenfd和connfd会被close多次，会不会有问题呢，因为对于connfd被close之后，则会给客户端发送finish消息，连接就断了，不用担心，对于socket句柄会有一个引用计数，当fork之后，connfd和listenfd都会被复制，引用计数加1，只有主次connfd都被close之后，才会真正close，发送finish消息。
下图就更形象的反应了这个过程。

4.7 getsockname和getpeername函数

一个获取本地，一个获取对端，以服务器为例，accept之后，如果用connfd作为参数，第一个获取的是本地ip和port，第二个获取对端客户端ip和port。
到此为止，TCP常用的socket函数以及介绍完毕，下面会给出一个简单的并发服务器(通过fork实现)和客户端demo。

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