UNP - 第五章 TCP客户/服务器示例 - 学习笔记

1 - 前言

本章在第四章的理论知识基础上，实现一个TCP/IP客户服务器的原型程序。这个原型程序是执行以下步骤的一个回射服务器。

（1）客户从标准输入读入一行文本，并写给服务器

（2）服务器从网络输入读取这行文本，并回射给客户

（3）客户从网络输入读入这行回射文本，并显示在标注输入上

该程序的模型图：



该程序时后续我们研究套接字通信的基础模型，其他的比如I/O复用，多进程服务器，多线程服务器等均基于该程序作了相应的改动。所以十分重要。

除了这个基础的程序之外，还会分析多种特殊边界情况。例如：

1，客户和服务器启动时发生什么？

2，客户正常终止时发生什么？

3，若服务器进程在客户之前终止，则客户发生什么？

4，若服务器主机崩溃，则客户发生什么？

通过这些情况的分析，弄清楚网络层次发生了什么，以及对应套接字的API是如何处理的？

2 - tcp回射服务器程序

#include "unp.h"
#include "apue.h"

void str_echo(int sockfd){
ssize_t  n;
char    buf[MAXLINE];

again:
while((n == read(sockfd,buf,MAXLINE)) > 0){
write(sockfd,buf,n);
}
if(n < 0 && errno == EINTR){
goto again;
}
else if(n < 0)
err_sys("str_echo : read error");

}

int main(int argc,char **argv){
int     listenfd,connfd;
pid_t   childpid;
socklen_t   clilen;
struct sockaddr_in cliaddr,servaddr;

if((listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) )< 0){
err_quit("socket create error");
}

bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

if(bind(listenfd,(SA *)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0){
err_quit("bind error");
}

if(listen(listenfd,LISTENQ) < 0){
err_quit("listen error");
}

for(;;){
clilen = sizeof(cliaddr);
if((connfd = accept(listenfd,(SA* )&cliaddr,&clilen)) < 0){
err_sys("accept error");
}else{
if((childpid = fork()) == 0){     //child process
close(listenfd);    //close listening socket
str_echo(connfd);   //process the request
exit(0);
}
close(connfd);  //parent close conneted socket
}

}
}

分析：

服务器进程，首先创建套接字，然后绑定端口号和地址，然后调用listen系统调用，进入监听状态。然后调用accept系统调用，等待已完成的tcp连接。

在str_echo回射处理函数中，调用read系统调用从网络输入中读取数据。然后在调用write函数，将其发送给客户端。

3 - TCP回射客户程序

4 - 几种边界情况分析

4 - 1 客户和服务器启动时发生什么？ ？

对于服务器来说，启动服务器后，它调用socket，bind，listen和accept，并阻塞于accept调用。在启动客户端之前，服务器套接字处于LISTEN状态。

当客户端调用socket和connect，后者引起tcp的三次握手过程。当三次握手过程完成后，客户中的connect和服务器的accept均返回、连接建立。此时双方的套接字均为established状态。

接这发生如下步骤：

1，客户调用str_cli函数，该函数阻塞于fgets调用。直到输入内容

2，当服务器中的accept返回时，服务器调用fork，在由子进程调用str_echo，该函数调用readline，readline调用read。而read在等待客户送入一行文本期间阻塞。

3，服务器父进程再次调用accept并阻塞。等待下一个客户连接。

4 - 2 客户正常终止时发生什么？

正常情况的步骤如下：

1，当我们键入EOF字符时，fgets返回以空指针，于是str_cli函数返回

2，当str_cli返回到客户的main函数时，main通过调用exit终止。

3，进程终止处理的部分工作是关闭所有打开的描述符，因此客户打开的套接字有内核关闭。这导致客户tcp发送一个FIN给服务器。服务器TCP则以ACK响应。这就是TCP连接终止序列的前半部分。支持，服务器套接字处于CLOSE_WAIT状态。客户套接字处于FIN_WAIT_2状态。

4，当服务器TCP接收FIN，服务器子进程阻塞于readline调用，于是readline返回0。这导致str_echo 函数返回服务器子进程的main函数。

5，服务器子进程通过调用exit来终止。

6，服务器子进程中国开发的所有描述符随之关闭。由子进程来关闭已经连接套接字会引起终止序列的最后两个分节：一个从服务器的FIN和一个从客户到服务器的ACK。至此，连接完全终止，客户套接字进入TIME_WAIT状态。

7，进程终止的另一部分内容是：在服务器进程终止时，给父进程一个SIGCHLD信号。在本例中，该信号产生了，但是我们在代码并没有捕捉该信号。而该信号的默认行为时被忽略。既然父进程未处理。则子进程处于僵尸状态。

4 - 3 若服务器进程在客户之前终止，则客户发生什么？

4 - 4 若服务器主机崩溃，则客户发生什么？