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UNP读书笔记三 TCP客户/服务器程序分析

sin — Sun, 21 Feb 2010 11:49:00 GMT

首先是一个TCP客户/服务器编程的例子

客户端

#include "unp.h"

void cli_echo(FILE* fp, int fd);

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if (argc != 2)
    {
        err_quit("usage:echotcp ");
    }

    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);

    Connect(sockfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr));

    cli_echo(stdin, sockfd);

    exit(0);
}

void cli_echo(FILE* fp, int fd)
{
    int nread;
    char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];

    while ( Fgets(sendline,MAXLINE,fp) != NULL )
    {
        Writen(fd,sendline,strlen(sendline));
        if ( Readline(fd,recvline,MAXLINE)==0 )
            err_quit("error:server terminated!");
        Fputs(recvline,stdout);
    }
}

服务器端

#include "unp.h"

void serv_echo(int clifd);
void sig_child(int signo);

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

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Bind(listenfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr));
    Listen(listenfd, LISTENQ);
    signal(SIGCHLD,sig_child);

    for(;;)
    {
        clilen = sizeof(cliaddr);
        if ((clifd = Accept(listenfd,(SA*)&cliaddr,&clilen)) < 0 )
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else
                err_sys("accept error");
        }
        if ( (childpid=fork()) == 0 )
        {
            Close(listenfd);
            printf("child process %d\n", getpid());
            serv_echo(clifd);
            exit(0);
        }
        Close(clifd);
    }

    exit(0);
}

void serv_echo(int clifd)
{
    int nread;
    char recvline[MAXLINE];
    while ( (nread=Readline(clifd,recvline,MAXLINE)) > 0 )
    {
        Writen(clifd,recvline,nread);
    }
}

void sig_child(int signo)
{
    pid_t pid;
    int  stat;

    pid = wait(&stat);
    printf("child %d ternminated\n", pid);
    return;
}

正常启动
首先服务器程序启动后，调用socket bind listen 和accept，并阻塞在accept。可以用netstat来检测到服务器进程有一个处于LISTEN状态的套接口。然后启动客户程序，客户调用socket connect后，引起TCP的三路握手过程。三路握手完成后，客户程序从connect返回，服务器程序从accept返回，到此TCP连接建立。服务器进程产生一个子进程用来处理于客户的连接，服务器主进程则继续阻塞于accept调用，等待下一个客户连接。
连接建立后，客户程序阻塞于fgets调用，等待用户输到此TCP连接建立。入一行。服务器程序则阻塞于readline调用，等待客户程序送出一行。此时可以通过netstat来检测到:服务器主进程处于LISTEN状态，服务器子进程和客户进程则处于ESTABLISHED状态。

正常终止
当对客户程序键入EOL字符(Ctrl+C键)以终止客户，立即运行netstat。可以检测到客户程序的套接口处于TIME_WAIT状态，服务器程序一个套接口则处于LISTEN状态。
正常终止过程如下:客户程序接受到终止字符后，从fgets返回一个空指针,客户进程调用exit后结束。于是，客户套接口被内核关闭，并向服务器发送一个FIN，服务器则以ACK相应，此时客户套接口处于FIN_WAIT_2状态，服务器套接口处于CLOSE_WAIT状态。
服务器收到FIN时，从readline调用返回并返回0，这导致服务器子进程结束。服务器的连接套接口随之被关闭，服务器子进程向客户发送一个FIN，客户则以ACK回应之，连接终止。客户进程虽然结束，但是客户进程套接口仍然处于TIME_WAIT状态。

Posix信号
信号是发生某事件时对进程的通知，也称为为软中断。可以由一个进程发往另一个进程，也可以由内核发往进程。SIGCHLD信号就是进程终止时，内核发送给终止进程父进程的信号。每个信号都有一个处理方法，我们可以通过调用sigaction来设置我们自己的信号处理程序，也可以通过设置SIG_IGN来忽略信号，设置SIG_DFL来设置默认的处理方法。

僵尸进程
设置进程为僵尸状态的目的是为了维护子进程的信息(子进程ID、终止状态和子进程的资源利用信息)。如果一个进程终止，且该进程仍有子进程处于僵尸状态，则所有僵尸进程的父进程设为init进程。僵尸进程占用内核空间，所以我们应该避免进程变为僵尸进程，方法是wait waitpid系统调用。可以设置信号SIGCHLD的信号处理程序，在此信号处理程序里调用wait或waitpid。这样可以避免僵尸进程。
在某些系统上这样作可能会导致服务器进程错误。原因是服务器子进程终止后，向父进程发送一个SIGCHLD信号，导致accept调用被中断，某些系统在信号处理程序执行完后不会重启accept调用，而是返回EINTR错误。由于我们的服务程序没有处理这种错误，所以会导致错误。为了移植性，当我们编写信号处理程序时，必须对慢系统调用(可能常时间阻塞的系统调用)返回EINTR有所装备。收到EINTR错误时，自己来重启被中断的系统调用。

用waitpid来防止产生僵尸进程
waitpid的WNOHANG选项，通知内核在没有子进程终止时不要阻塞。
假如服务器程序有5个子进程，每个进程负责处理一个连接。则可能5个子进程同时终止，同时向父进程发送SIGCHLD信号。而信号处理程序只能对一个信号进行处理，只有一个子进程正常终止，其余4个子进程则成为僵尸进程。可以通过ps -s命令来进行验证的确有4个子进程成为了僵尸进程。解决方法就是，循环调用witpid(加上WNOHANG选项)。
网络编程时注意的三种情况:
1 当派生子进程时，必须捕捉SIGCHLD信号，防止子进程结束时成为僵尸进程。
2 当捕捉信号时，必须处理被中断的系统断用，因为有些系统不能重启被中断的系统调用，需要我们自己来重启。
3 SIGCHLD信号的处理程序必须正确便学，应使用waitpid来避免多个子进程同时终止时，留下僵尸进程。

sin 2010-02-21 19:49 发表评论

UNP读书笔记二常用TCP编程API

sin — Sun, 21 Feb 2010 11:08:00 GMT

只是简单介绍下每个函数的作用，很容易通过参数名知道每个参数的意义。

int socket(int family, int type, int protocol);
此函数根据参数创建一个指定的套接口，返回套接口描述符。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen addrlen);
TCP客户调用此函数向服务器发起连接，激发三路握手过程，在连接建立或出错时返回。此函数导致客户端从CLOSED状态转到SYN_SENT状态，再到
ESTABLISHED状态。若函数调用失败，套接口sockfd不再可用，必须关闭。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
此函数用来给套接口绑定套接口地址。服务器通常调用此函数，来指定IP地址和端口号。

int listen(int sockfd, int backlog);
此函数完成两件事:将一个套接口置为被动套接口，默认是主动套接口；指定此套接口排队的最大连接数。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
一般服务器端调用此函数从已经建立连接的队列里返回下一个连接。若已连接队列为空，则进程睡眠。也返回对方的套接口地址。

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *localaddr, socklen_t *addrlen);
当建立建立后(客户端connect成功，服务器端accept成功)，调用此函数来获得本地套接口地址。sockfd必须是已经建立连接的套接口描述符。

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, socklen_t *addrlen);
一般情况下，服务器端调用此函数来获取客户端套接口地址。虽然accept也返回客户端套接口地址，但是在并发服务器上fork exec后，子进程的存储映像被新的程序文件代替，这样子进程就无法取得由accept返回的客户端套接口地址结构。此时就需要调用getpeername。

sin 2010-02-21 19:08 发表评论

UNP读书笔记一 Socket编程的简单介绍!

sin — Sat, 23 Jan 2010 17:44:00 GMT

一源代码编译
也是在网上找的源代码编译方法，也很简单。
首先，在http://www.unpbook.com/unpv13e.tar.gz下载源代码。

二几个重要的数据结构和函数

1 sockaddr和sockaddr_in结构

struct sockaddr {
unsigned  short  sa_family;
char  sa_data[14];
};

struct  sockaddr_in {
short  int  sin_family;
unsigned  short  int  sin_port;
struct  in_addr  sin_addr;
unsigned  char  sin_zero[8];
};

struct  in_addr {
unsigned  long  s_addr;
};

这两个结构体大小一样，名字也比较像。Socket API最初设计的时候，想设计的尽可能的通用(在<>里有提到过)，不只限于TCP/IP协议，所以sockaddr结构体只定义了协议族字段和预留了14个字节来表示某个协议地址(协议地址占多少位取决于协议的设计，所以只能预留14个字节)。 sockaddr_in结构体则像是为TCP/IP协议地址设计的结构体，有一个端口号和IP地址来指定。这也只是我的理解，并不一定对。
实际编程中，bind、connect、recvfrom、sendto等Socket API用到的是sockaddr结构体。由于现在TCP/IP协议已经成为标准，多数情况下用到的都是表示TCP/IP地址的sockaddr_in结构。

2 htons htonl 函数
将主机字节序转化为网络字节序。这是由于，不同主机可能使用不同的方式来存储字节，Inel机器就是小尾端，需要转化为一种统一的序列，方便在网络上传输处理，就是网络字节序。

3 inet_addr 函数
将"192.168.1.100"这样的字符串转化为IP地址，inet_addr返回结果已经是网络字节序，不需要再转化。

三一个简单的客户/服务器程序

sin 2010-01-24 01:44 发表评论

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