1 TCP通信过程

TCP客户端/服务器(C/S)结构的通信过程如下：

实现该通信过程需要用到的函数如下：

2 服务器端函数

2.1 socket

头文件： <sys/socket.h>
函数定义： int socket(int domain, int type, int protocol);
功能： 创建一个套接字用于通信； 返回值为socket 描述符，失败返回-1
参数：

• domain： 指定协议族
• type： 指定socket类型，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM，SOCK_RAW

• protocol: 协议类型。指定0表示自动选择协议类型

  2.2 setsockopt

  头文件： <sys/socket.h>
  函数定义： int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
  功能： 绑定本地地址到socket； 返回值为0，失败返回-1
  参数：

• sockfd: 要设置的socket id

• level： 设置的级别，一般设置为SOL_SOCKET
• optname： 设置参数名。例如地址重复利用为参数SO_REUSEADDR
• optval: 参数值
• optlen: 参数值的长度

  NOTE: 服务器要尽可能使用**SO_REUSEADDR**;可以不必等待端口TIME_WAIT状态消失就可以重启服务器

下图列出来常用的socket选项：

2.3 bind

头文件： <sys/socket.h>
函数定义： int bind(int sockid, const sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
功能： 绑定本地地址到socket； 返回值为0，失败返回-1
参数：

• addr: 要绑定的地址

• addrlen： 地址长度

  2.4 listen

  头文件： <sys/socket.h>
  函数定义： int listen(int sockid, int backlog);
  功能： 监听socket的连接请求； 返回值为0，失败返回-1
  参数：

• backlog: 最大连接个数

  2.5 accept

  头文件： <sys/socket.h>
  函数定义： int accept(int sockid, struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
  功能： 从已完成连接的队列中返回第一个连接，队列空则继续等待；成功返回connection id，失败返回-1

  注意：accept只是从监听队列中取出连接，不关心当前连接的状态和网络的变化。

3 客户端端函数

3.1 connect

头文件： <sys/socket.h>
函数定义： int connect(int sockid, const sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
功能： 建立一个连接到addr的客户端socket； 成功返回0，失败返回-1

4 TCP读写函数

4.1 recv

头文件： <sys/socket.h>
函数定义： ssize_t recv(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags);
功能： 从socket获取数据； 返回读取的字节数，失败返回-1
参数：

• flags: 常用选项：MSG_OOB（指定接收带外数据）； MSG_PEEK（接收数据，并保留缓冲区数据不清除）

  4.2 send

  头文件：
  函数定义： int send(int s, const void *buf, int len, unsigned int flags);
  功能： 从socket发送数据到指定主机； 返回发送的字节数，失败返回-1

flags的常用选项如下：

5 通用读写函数

socket API提供了一堆通用的读写函数，能用于TCP和UDP，定义如下：

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
//msgHdr结构体定义如下：
struct msghdr
{
    void         *msg_name;       //指向socket变量，对于TCP设置为NULL
    socklen_t     msg_namelen;    //socket地址长度
    struct iovec *msg_iov;        //内存块数组
    size_t        msg_iovlen;     //msg_iov内存块个数
    void         *msg_control;    /* Ancillary data*/
    size_t        msg_controllen; /* Ancillary data buffer len */
    int           msg_flags;      /* Flags (unused) */
};

msghdr与其他结构体的关系如下：

6 关闭连接函数

• int close(int fd);：将fd的引用计数减一，当引用计数为0时，关闭连接或文件。需要注意的是多进程中父进程和子进程都要执行close操作，不然引用计数一直不为0。
• int shutdown(int sockfd, int how);：立刻终止连接，不是减少引用计数。how参数用以决定具体的行为，取值如下：
  • SHUT_RD：关闭socket的读
  • SHUT_WR：关闭socket的写
  • SHUT_RDWR：同时关闭socket读写

    7 完整代码示例

    服务器端

    ```c

    include

    include

    include

    include

    include

int main() { //create socket int socketId; if ((socketId = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) { printf(“socket create failed\r\n”); }

sockaddr_in addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET; //指定协议
addr.sin_port = htons(5188); //指定网络字节序格式的端口号
/** addr.sin_addr = htonl(INADDR_ANY); //指定本地任意ip地址，使用网络字节序 */
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//start bind
if (bind(socketId, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
{
    printf("socket bind failed\r\n");
}
//start listen
if (listen(socketId, SOMAXCONN) < 0)
{
    printf("socket listen failed\r\n");
}
//get connection from socket queue
sockaddr remoteAddr;
socklen_t remoteLen = sizeof(remoteAddr);
int remoteConnId;
pid_t pid;
while (1)
{
    //get connection from socket queue
    if ((remoteConnId = accept(socketId, (sockaddr*)&remoteAddr, &remoteLen)) < 0)
    {
        printf("socket accept failed\r\n");
        break;
    }
    pid = fork(); //创建新进程处理socket连接
    if (pid == -1)
    {
        printf("create new process failed\r\n");
        break;
    }
    if (pid == 0)
    {
        //子进程不需要处理socket监听，关闭监听
        close(socketId);
        //子进程处理connection
        char rcvBuf[1024];
        while(1)
        {
            memset(rcvBuf, 0, sizeof(rcvBuf));
            int ret = read(remoteConnId, rcvBuf,sizeof(rcvBuf));// 从socket中读取数据流
            if (ret == 0)
            {
                printf("close client: [%d]\r\n", remoteConnId);
                break;
            }
            fputs(rcvBuf, stdout);
            write(remoteConnId, rcvBuf, strlen(rcvBuf));//将数据再写回remote端
        }
        close(remoteConnId);
        //退出子进程
        _exit(0);
    }
    else
    {
        //父进程不需要处理socket连接，关闭connection
        close(remoteConnId);
    }
}
close(socketId);
return 0;

}

<a name="IIOiZ"></a>
## 客户端
```c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    //create socket
    int socketId;
    if ((socketId = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
    {   
        printf("socket create failed\r\n");
    }   
    sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET; //指定协议
    addr.sin_port = htons(5188); //指定网络字节序格式的端口号
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    //connect to server via socket
    if (connect(socketId, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
    {
        printf("connect to server failed\r\n");
    }
    char buf[1024];
    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
    {
        write(socketId, buf, strlen(buf));
        read(socketId, buf, sizeof(buf));//read reply from server
        printf("received from server: [%s]\r\n", buf);
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(socketId);
    return 0;
}