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TCP socket api详解

news 来源：原创 2025/7/29 2:37:43

文章目录

- netstat -nltp
- accept
- 简单客户端工具 telnet 指定服务连接
- connect
- 异常处理
- - version 1 单进程版
  - version 2 多进程版
  - version 3 -- 多线程版本
  - version 4 ---- 线程池版本

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创建套接字socket + sockaddr_in结构体 + bind
之后就和UDP不一样了。
因为TCP是一个面向连接的服务器，在正式通信之前，他一定得随时随地等别人先和我连接上再说
也就是通信前得先建立连接，服务期就得一直想办法等别人来连。

第三个基本工作
listen
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将套接字设置为监听状态，他才能随时听到有客户来连我了，然后我就可以帮我们把连接获取上来，然后基于连接再通信。
sockfd网络文件描述符
backlog 全连接队列一般10不要设置的太大，后面讲tcp协议再谈。

netstat -nltp

n 显示数字
l listen状态
t tcp
p 进程
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这里虽然tcpserver 绑定的是0.0.0.0 但是你客户端访问的时候是拿着公网ip去访问的，所以能找到。

accept

把服务器设置为listen状态完全不够，所以还要建立链接
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返回值
成功，返回一个整数文件描述符，从你设置为监听状态的sockfd里面获取

所以tcp搞出多个文件描述符
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accept返回又一个套接字，那我到底用哪个通信？

好再来鱼庄
一个门口的拉客服务员张三
张三不服务具体客人，他只是拉客
真正提供服务的是店内的李四

我们曾经的监听套接字，他的核心工作就是从底层把新连接获取上来
而提供IO数据通信服务的，是accept返回的fd。
监听套接字一般只有一个
accept返回值fd可以有多个

我们把经历过bind + listen的这个套接字直接叫做listensock

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如果listensock获取连接失败了，错误等级顶多也就是waning,然后直接continue继续获取连接
也就是张三拉客失败，你不去吃鱼，那他就转头去找另一个小哥哥小姐姐问来不来吃鱼呀？

从上面到下面，我们讲的所有接口都是阻塞的。
也就是张三拉客路边根本没人，所以张三只能在那等着。
当然未来可以设置为非阻塞。

简单客户端工具 telnet 指定服务连接

127.0.0.1 本地换回通过网络层从下往上返回给本主机
telnet默认使用tcp协议
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回车 ctrl+] quit

无论UDP and tcp ，云服务器的公网IP无法绑定进套接字

然后我就从accept返回的fd 通信呗
我还要获取从accpet返回给我哪一个客户端连接我的ip和端口信息
char ipstr[32]
4字节转点分十进制ip地址需要多少空间？
点分十进制四个区域，每个区域3个数字，就是12再加上三个点15，32是保守点
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问题
不仅仅是IP和端口会发送到网络里，你做了大小端转化处理
那我们发过去的字符串消息难道不做大小端转化吗？
也就是recvfrom sendto read write 这样的接口难道不用大小端转化吗
recvfrom sendto 读上来我也没见你转呀，最后通信也没问题
正常的通信内容，你所使用的接口会自动转化，只不过端口和ip很特殊，是要给OS的。
正常通信时不用操心大小端问题。

管道的读取支持字节流能用read write
文件读取也是支持字节流的也直接read write
tcp 也是面向字节流的
所以读网络就像读取文件一样。
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目前只处理正常的情况

tcp客户端

tcp客户端需不要bind？
一定要，但是不需要显示编码bind

为什么？
socket通信必须用ip+port 对于客户端来说保证唯一性就可以了，端口是几不重要。
由OS自动随机选择。

tcp这里什么时候自动绑定呢？

那我就打开网络文件描述符然后关闭它，在这之间我们tcp客户端需要干什么呢？
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记住了，tcp是面向连接的，所以注定了客户端你得链接服务器，连接成功才能进行通信。客户端既然都不bind了，也就根本不存在listen,客户端也就不会让别人来连他，所以也就不会accept
客户端需要连别人，能向服务器发起连接的接口

connect

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后两个参数和sendto是一毛一样的，意思是连接你是想向谁发起连接呢？

客户端发起connect的时候，进行自动随机bind

给谁发起连接，那就用命令行参数，你用户传我要连接哪个服务器ip+port

然后就是从文件描述符进行IO通信了
关于getline
会清空while循环外的string msg
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异常处理

读写通信连接建立好，任何一方都可能出问题，服务器可能挂掉，客户端可能退出。
尤其对于服务器而言，如果客户端直接关闭自己连接怎么办？
客户端退了，服务端读取时会read返回0
返回0就跳出循环，service函数结束，关闭这个链接的描述符
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read 返回值小于0 说明读取直接出错了我们也让他break

而且获取新连接这件事是再死循环里面的，你关闭一个链接还能继续获取下一链接

如果服务器向已经关闭的套接字文件描述符写入时怎么办呢？
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打游戏时，突然卡主不动了，当前你已掉线正在重连
这就是你的tcp客户端重新connnect
我们模拟一下

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把早连上的客户端ctrl + c调之后下面的服务期就可以回显消息了。

为什么当前上面客户端可以发消息，下面的也不是发不了，只有上面退了下面才回显。

version 1 单进程版

这是因为目前为止我们是单进程版的服务，单进程版一旦进入service函数中只有给这个客户端服务完了执行流才会回到最开始，重新获取连接，重新进入服务函数提供服务。
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你见过哪个服务器只能有一个客户服务，另一个客户你得等一等
这种服务器我们根本用不了。
就像餐厅里只有一张桌子。
所以今天

version 2 多进程版

每到一个新连接我们既想给新到的客户提供服务，提供服务期间还想让服务器继续处理其他对应的新连接，连接不断增多我也不怕。
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fork创建子进程
子进程中执行服务函数，执行完了把fd关了，子进程也就退了
父进程呢就等待子进程，不等子进程会僵尸
这里有非常多的细节
文件描述符处理工作

文件描述符sockfd当前是不是父进程打开的文件描述符，会不会被子进程继承下去呢？会的，父进程打开sockfd子进程能看到，子进程会和父进程虽然有两个不同的文件描述符表，子进程拷贝父进程Fd表，而子进程能看到父进程的sockfd，他连listensock也能看到，所以子进程不需要listensock直接关掉

2.　先不考虑waitpid等待，因为这本身就不对　
父进程他获取了新的套接字，他就回过头继续获取新连接了，他会重新获取文件描述符　，可是你刚刚打开的sockfd已经被子进程继承下去了，这个sockfd指向打开的网络文件，那父进程还需要关心这个sockfd吗？
相当于子进程和父进程看到的文件和Fd表都是一样的，只不过大家有不同的文件描述符表，此时子进程不关心listensock，他就关掉了。
答：
对父进程来讲，已经获取的新连接sockfd已经被子进程继承下去了，他就不需要了。
父进程就把Sockfd关掉了。
如果他不关，最后OS就可能有很多文件没有被关闭，最后就导致一些问题。
.这和之前管道问题也是类似的。

父进程每创建一个子进程就把sockfd交给子进程，由子进程全全负责给这个套接字提供服务。
对于父进程必须要关掉曾经打开的fd，因为已经被子进程拿到了，不关导致父进程可用的Fd越用越少。

父进程把这个文件sockfd关闭了不会出问题吗，这个文件不会关闭吗？
父进程把他关了，这个文件不会被释放，因为文件struct file中包含引用计数，子进程还指向他呢。

我发现waitpid 为0 他是阻塞等待，子进程确实跑去执行服务了，可是父进程不是还在这里等待吗，等你子进程执行完了退出了，我再继续获取连接accept。
这不和刚才单进程一样吗。
我想让父进程回到accept继续获取新连接，子进程继续服务，两个并发跑起来。
阻塞等待断然不能满足要求。
那我们把等待设置为非阻塞轮询，那也有点扯，非阻塞也可以，但不好
包括子进程退出会给父进程发信号，我们把等待工作放到信号处理中，这个也不想写。
所以两种做法。

子进程里面又继续fork创建了孙子进程，if(fork() >0) exit(0) 也就是子进程自己直接就退了，真正提供服务的是孙子进程
因为子进程一启动创建立马退出，所以waitpid立马返回
孙子进程提供服务的时候，waitpid已经回收了子进程的僵尸，然后waitpid返回直接继续accept
有人就说，我们要不要等孙子进程呢？
不用，你只要管好你儿子就行了。你儿子已经退出并且终止了，那你waitpid直接返回。
所以孙子进程对他来讲，他的父进程直接就挂掉了，所以孙子进程会被系统领养，系统领养之后跟你有什么关系呢？
孙子进程一旦把任务执行完了，这个孙子进程的资源就会被系统自动回收。
在这份代码中，waitpid也要做，不然就会出现很多僵尸。

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现象
我们每个人拿到的文件描述符都是4，这也很正常，因为3是listensock,获取一个新连接，就是4
你又关了然后继续获取还是4
我们能看到出了主进程其余都的子进程pid都是1，说明是孤儿进程。也就是被OS领养
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其实我们可以不用等的，我们可以用signal将SIGCHLD的处理动作
置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不会产生僵尸进程,也不会通知父进程。

客户来了新连接，我才忙着创建子进程呢这是其一

第二，来了连接，子进程会变得越来越多，我们其实比较难对他进行处理的。
我们也可以提前创建一批进程，但是进程池我们不谈，创建进程成本非常高，创建进程，创建地址空间，pcb，维护页表，初始化各种数据，还要做一大堆各种工作，创建进程成本很高，所以我们不愿意这样做。
这样多进程版的服务器也就满足小型应用。我们一核2G云服务顶天跑20个顶天了。所以我们不可能用这样的代码。我们不想使用这种版本。

version 3 – 多线程版本

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创建线程，那我依然要等待新线程，还是在这里卡主，那accept也没有并发运行了。
此时新线程直接线程分离。因为主线程一直要获取新连接，创建出线程就不管了，让新线程跑去执行任务处理

第二个问题，
进程打开的所有文件描述符表，其他新创建出的线程能看见我曾经打开的listenscok,主线程获取到文件描述符新线程最终能不能通过文件描述符直接找到对应的文件呢？换句话说在线程这里要不要关闭不需要的文件描述符？

在线程当中，如果线程所在进程打开了一个文件，只要这个线程拿到对应的文件描述符，该线程直接可以访问这个文件，另外多线程这里完全不需要让多线程在关闭多余的文件描述符，因为他没有多余的。

答案是多线程这里不能关，一关就出大事了，线程大部分资源共享，比如文件描述符表。

为了让新线程提供服务，你要传文件描述符，你还需要客户端ip+port字段
那就打个结构体吧！
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未来新线程负责套接字的整个生命周期
那Routine这样写能编过吗？

当前Routine必须是static的，因为类内函数自带的this指针与线程pthread_create的第三个形参类型不匹配
静态方法无法使用类内非static成员方法，也没有办法访问类内成员，因为他没有this指针。
那怎么办？
其实service函数和类内成员一点关系没有，你直接放到类外一样跑。
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今天不想这么干
所以我们要把this指针传给新线程。
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用this指针就可以访问类内非静态方法了。

他比多进程好，创建的资源少。
可是每来一个客户都要创建新线程，那不会出问题吗？
客户不退，线程就越来越多，一般服务不是死循环，所以系统中不会维护太多线程，但是万一峰值情况，线程就会非常多，所以多线程版本也不适合应用于较大的应用。

来一个连接才给我创建线程，这也要花空间时间，我们这种情况登上就不退了，服务期就想办法提供一次服务。

所以

我们想预先创建好所有线程
我们不想提供长服务，否则提供短服务。
我们来了200个客户，每个客户都需要文件描述符，难道一定要有200个线程吗? 能不能限定线程个数的上限。
每个用户访问，把访问变成对应任务，把任务交给后端。