【系列教程】 从一个基础的socket服务说起
首发地址：day01-从一个基础的socket服务说起
本节目的
实现一个基于socket的echo服务端和客户端
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服务端监听流程
第一步：使用socket函数创建套接字
在linux中，一切都是文件，所有文件都有一个int类型的编号，称为文件描述符。服务端和客户端通信本质是在各自机器上创建一个文件，称为socket(套接字)，然后对该socket文件进行读写。
在 Linux 下使用
int socket(int af, int type, int protocol);
- af: IP地址类型; IPv4填
AF_INET, IPv6填AF_INET6 - type: 数据传输方式,
SOCK_STREAM表示流格式、面向连接，多用于TCP。SOCK_DGRAM表示数据报格式、无连接，多用于UDP - protocol: 传输协议, IPPROTO_TCP表示TCP。
IPPTOTO_UDP表示UDP。可直接填0,会自动根据前面的两个参数自动推导协议类型
#include
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
第二步：使用bind函数绑定套接字和监听地址
socket()函数创建出套接字后，套接字中并没有任何地址信息。需要用bind()函数将套接字和监听的IP和端口绑定起来，这样当有数据到该IP和端口时，系统才知道需要交给绑定的套接字处理。
bind函数也在
int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- sock： socket函数返回的socket描述符
- addr：一个sockaddr结构体变量的指针，后续会展开说。
- addrlen：addr的大小，直接通过sizeof得到
我们先看看socket和bind的绑定代码，下面代码中，我们将创建的socket与ip='127.0.0.1'，port=8888进行绑定：
#include
#include
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); //用0填充
server_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址；填入INADDR_ANY表示"0.0.0.0"
server_addr.sin_port = htons(8888); //端口
//将套接字和IP、端口绑定
bind(server_addr, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
可以看到，我们使用sockaddr_in结构体设置要绑定的地址信息，然后再强制转换为sockaddr类型。这是为了让bind函数能适应多种协议。
struct sockaddr_in{
sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址类型
uint16_t sin_port; //16位的端口号
struct in_addr sin_addr; //32位IP地址
char sin_zero[8]; //不使用，一般用0填充
};
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; //(2)地址类型，取值为AF_INET6
in_port_t sin6_port; //(2)16位端口号
uint32_t sin6_flowinfo; //(4)IPv6流信息
struct in6_addr sin6_addr; //(4)具体的IPv6地址
uint32_t sin6_scope_id; //(4)接口范围ID
};
struct sockaddr{
sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址类型
char sa_data[14]; //IP地址和端口号
};
其中，sockaddr_in是保存IPv4的结构体；sockadd_in6是保存IPv6的结构体；sockaddr是通用的结构体，通过将特定协议的结构体转换成sockaddr，以达到bind可绑定多种协议的目的。
注意在设置server_addr的端口号时，需要使用htons函数将传进来的端口号转换成大端字节序
计算机硬件有两种储存数值的方式：大端字节序和小端字节序
大端字节序指数值的高位字节存在前面（低内存地址），低位字节存在后面（高内存地址）。
小端字节序则反过来，低位字节存在前面，高位字节存在后面。
计算机电路先处理低位字节，效率比较高，因为计算都是从低位开始的。而计算机读内存数据都是从低地址往高地址读。所以，计算机的内部是小端字节序。但是，人类还是习惯读写大端字节序。除了计算机的内部处理，其他的场合比如网络传输和文件储存，几乎都是用的大端字节序。
linux在头文件
第三步：使用listen函数让套接字进入监听状态
int listen(int sock, int backlog); //Linux
- backlog：表示全连接队列的大小
半连接队列&全连接队列：我们都知道tcp的三次握手，在第一次握手时，服务端收到客户端的SYN后，会把这个连接放入半连接队列中。然后发送ACK+SYN。在收到客户端的ACK回包后，握手完成，会把连接从半连接队列移到全连接队列中，等待处理。
第四步：调用accept函数获取客户端请求
调用listen后，此时客户端就可以和服务端三次握手建立连接了，但建立的连接会被放到全连接队列中。accept就是从这个队列中获取客户端请求。每调用一次accept，会从队列中获取一个客户端请求。
int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- sock：服务端监听的socket
- addr：获取到的客户端地址信息
accpet返回一个新的套接字，之后服务端用这个套接字与连接对应的客户端进行通信。
在没请求进来时调用accept会阻塞程序，直到新的请求进来。
至此，我们就讲完了服务端的监听流程，接下来我们可以先调用read等待读入客户端发过来的数据，然后再调用write向客户端发送数据。再用close把accept_fd关闭，断开连接。完整代码如下
// server.cpp
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main() {
int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
server_addr.sin_port = htons(8888);
if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
printf("bind err: %s\n", strerror(errno));
close(listen_fd);
return -1;
}
if (listen(listen_fd, 2048) < 0) {
printf("listen err: %s\n", strerror(errno));
close(listen_fd);
return -1;
}
struct sockaddr_in client_addr;
bzero(&client_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
int accept_fd = 0;
while((accept_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len)) > 0) {
printf("get accept_fd: %d from: %s:%d\n", accept_fd, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
char read_msg[100];
int read_num = read(accept_fd, read_msg, 100);
printf("get msg from client: %s\n", read_msg);
int write_num = write(accept_fd, read_msg, read_num);
close(accept_fd);
}
}
[C++小知识] 在使用printf打印调试信息时，由于系统缓冲区问题，如果不加"\n"，有时会打印不出来字符串。
C提供的很多函数调用产生错误时，会将错误码赋值到一个全局int变量errno上，可以通过strerror(errno)输入具体的报错信息
客户端建立连接
客户端就比较简单了，创建一个sockaddr_in变量，填充服务端的ip和端口，通过connect调用就可以获取到一个与服务端通信的套接字。
int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
各个参数的说明和bind()相同，不再重复。
创建连接后，我们先调write向服务端发送数据，再调用read等待读入服务端发过来的数据，然后调用close断开连接。完整代码如下：
// client.cpp
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main() {
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
server_addr.sin_port = htons(8888);
if (connect(sock_fd, (sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
printf("connect err: %s\n", strerror(errno));
return -1;
};
printf("success connect to server\n");
char input_msg[100];
// 等待输入数据
std::cin >> input_msg;
printf("input_msg: %s\n", input_msg);
int write_num = write(sock_fd, input_msg, 100);
char read_msg[100];
int read_num = read(sock_fd, read_msg, 100);
printf("get from server: %s\n", read_msg);
close(sock_fd);
}
分别编译后，我们就得到了一个echo服务的服务端和客户端
~# ./server
get accept_fd: 4 from: 127.0.0.1:
get msg from client: abc
~# ./client
abc
input_msg: abc
get from server: abc
完整源码已上传到CProxy-tutorial,欢迎fork and star！
思考题
先启动server，然后启动一个client，不输入数据，这个时候在另外一个终端上再启动一个client，并在第二个client终端中输入数据，会发生什么呢？
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