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Linux--Socket编程TCP

news 2025/7/20 2:21:05

前文：Socket套接字编程

TCP的特点

面向连接：TCP 在发送数据之前，必须先建立连接。
可靠性：TCP 提供了数据传输的可靠性。
面向字节流：TCP 是一个面向字节流的协议，这意味着 TCP 将应用程序交下来的数据看成是一连串的无结构的字节流。

TcpServer.hpp

创建一个Tcp服务端
在这里插入图片描述

代码

#pragma once#include<iostream>
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<cstring>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include<functional>
#include<pthread.h>
#include"InetAddr.hpp"
#include"Log.hpp"
#include"Threadpool.hpp"enum
{SOCKET_ERROR = 1,BIND_ERROR,LISTEN_ERROR,USAGE_ERROR
};const static int defaultsockfd = -1;//默认文件描述符
const static int gbacklog = 16;//默认最大连接数using task_t=std::function<void*()>; //任务函数的类型（V3）
class TcpServer;
//线程类型数据
class ThreadData
{
public:ThreadData(int fd,InetAddr addr,TcpServer* s):sockfd(fd),clientaddr(addr),self(s){}
public:int sockfd;//文件描述符InetAddr clientaddr;//客户端地址TcpServer* self;//服务端
};
class TcpServer
{
public:TcpServer(int port):_port(port),_listensock(defaultsockfd),_isrunning(false){}void InitServer(){//1.创建字节流套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){LOG(FATAL, "socket error");exit(SOCKET_ERROR);}LOG(DEBUG, "socket create success, sockfd is : %d\n", _listensock);//2.bindstruct sockaddr_in local;memset(&local,0,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;int n= ::bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(FATAL, "bind error\n");exit(BIND_ERROR);}LOG(DEBUG, "bind success, sockfd is : %d\n", _listensock);//3.监听客户端，等待被连接n=listen(_listensock,gbacklog);if(n<0){LOG(FATAL, "listen error");exit(LISTEN_ERROR);}LOG(DEBUG, "listen success, sockfd is : %d\n", _listensock);}//将接收到的数据进行处理，完成对应服务void Service(int sockfd,InetAddr client){LOG(DEBUG, "get a new link, info %s %d ,fd: %d \n ",client.Ip().c_str(),client.Port(),sockfd);std::string clientaddr = "[" + client.Ip() + ":" + std::to_string(client.Port()) + "]# ";while(true){char inbuffer[1024];ssize_t n = read(sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);//读取数据if(n>0){inbuffer[n]=0;std::cout<<clientaddr<<inbuffer<<std::endl;//打印对应的数据std::string echo_string = "[server echo]# ";echo_string+=inbuffer;write(sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size());//返回给客户端}else if(n==0) //client退出并且关闭连接了{LOG(INFO, "%s quit\n", clientaddr.c_str());break;}else{LOG(ERROR, "read error\n");break;}}close(sockfd);        }//线程的处理函数static void* HandlerSock(void* args){pthread_detach(pthread_self());//线程分离ThreadData* td=static_cast<ThreadData*>(args);//创建对应线程数据类型td->self->Service(td->sockfd,td->clientaddr);delete td;return nullptr;}//服务器循环运行着void Loop(){_isrunning=true;while(_isrunning){struct sockaddr_in peer;//sock地址peersocklen_t len=sizeof(peer);//要先通过连接才能够进行通信int sockfd=::accept(_listensock,(struct sockaddr *)&peer,&len);//这里的监听sock和sockfd是不同的if(sockfd<0){LOG(WARNING, "accept error\n");continue;}//Version0 这种版本只能接收一次需求，无法多客户端连接// Service(sockfd,InetAddr(peer));//Version1 多进程// pid_t id=fork();// if(id>0)// {//     //子进程负责连接，父进程负责监听，//     close(_listensock);//     if(fork()>0) exit(0);//     //孙进程负责服务，由于子进程连接之后，子进程会进行回收，因此孙进程称为孤儿进程，之后不受子进程的影响//     //类似线程分离，是独立的，之后受系统进行回收//     Service(sockfd,InetAddr(peer));//     exit(0);// }// //父进程只负责监听，不需要进行连接// close(sockfd);// waitpid(id,nullptr,0);//Version2:采用多线程pthread_t t;ThreadData* td=new ThreadData(sockfd,peer,this);pthread_create(&t,nullptr,HandlerSock,td);//将线程分离//Version3:线程池//task_t t = std::bind(&TcpServer::Service,this,sockfd,InetAddr(peer));//ThreadPool<task_t>::GetInstance()->Enqueue(t);}_isrunning=false;}~TcpServer(){if(_listensock>defaultsockfd){close(_listensock);}}private:uint16_t _port;//端口号int _listensock;//监听的文件描述符bool _isrunning;//启动
};

解释

在这里插入图片描述
初始化服务端，主要完成套接字的创建绑定，已经完成对应的监听客户端，因为Tcp是有连接的，所以需要监听客户端是否有请求连接的需求；
SOCK_STREAM表示字节流

gbacklog：这个参数定义了内核应该为相应套接字排队的最大连接数。这个值至少为0；其实际值由系统限制，可以通过sysctl命令的net.core.somaxconn参数查看和设置。需要注意的是，这个值并不是指系统能处理的并发连接数，而是内核中等待accept(处理的连接队列的最大长度。

在这里插入图片描述
启动服务器之后，通过循环让服务端不断运行着，在循环里面，服务端可能接收到多个客户端请求的连接，所以accpet要在循环中不断接收看是否有对应的连接；

连接完之后通过Service服务函数完成双方的通信
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在Loop中，循环表示接收多个客户端，而Service中，循环表示每个服务端与客户端的通信保持；
由于tcp是面向字节流的，所以可以利用文件描述符的性质，运用read函数，读取对应的发送端数据.
当n大于0时，表示对方有数据发送，处理完信息后反馈给对方；
当n==0，表示sockfd被关闭了，也就是连接被断开了；
当n小于0时，表示出现错误；
如果一直没有发送数据，那么会在read函数这里发生阻塞；

在这里插入图片描述
而对于服务的处理，这里有多种方法，如果直接使用Service函数的话，是不可行的，因为这样无法多客户端连接：

通过多进程的方法，让父进程只负责监听，子进程负责连接，孙进程负责服务，由于孙进程是孤儿进程，相当于线程分离，这样处理服务时就不会受到父子进程的影响了；也就能完成多客户端的通信了；

在这里插入图片描述
直接通过多线程的方法，将创建的线程进行分离，完成对应的服务任务

main.cc

#include"TcpServer.hpp"
#include<memory>void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " local_port\n" << std::endl;
}
// ./main.cc 8080
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=2){Usage(argv[0]);return 1;}EnableScreen();//打印到屏幕uint16_t port=std::stoi(argv[1]);//获取端口号std::unique_ptr<TcpServer> tsvr=std::make_unique<TcpServer>(port);//服务端的指针tsvr->InitServer();//初始化tsvr->Loop();//循环运行return 0;}

TcpClient.cc

#include<iostream>
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<unistd.h>
#include<cstring>void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " serverip serverport\n"<< std::endl;
}
// ./TcpClient.cc 127.0.0.1 8080
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);exit(1);}std::string serverip=argv[1];//服务端ipuint16_t serverport=std::stoi(argv[2]);//服务端端口号int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//创建套接字if (sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;exit(2);}struct sockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));server.sin_family=AF_INET;server.sin_port=htons(serverport);server.sin_addr.s_addr=inet_addr(serverip.c_str());//连接服务端int n=connect(sockfd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));if(n<0){std::cerr << "connect error" << std::endl;exit(3);}while(true){std::cout<<"Please Enter# ";std::string outstring;getline(std::cin,outstring);//发送对应数据ssize_t s=send(sockfd,outstring.c_str(),outstring.size(),0);if(s>0){char inbuffer[1024];ssize_t m=recv(sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0);//接收对应数据if(m>0){inbuffer[m]=0;std::cout<<inbuffer<<std::endl;}else{break;}}else{break;}}close(sockfd);return 0;
}