作者：CppExplore 地址：http://www.shnenglu.com/CppExplore/
全文針對linux環(huán)境。tcp/udp兩種server種，tcp相對較復(fù)雜也相對比較常用。本文就從tcp server開始講起。先從基本說起，看一個(gè)單線程的網(wǎng)絡(luò)模型，處理流程如下：
socket-->bind-->listen-->[accept-->read-->write-->close]-->close[]中代碼循環(huán)運(yùn)行，[]外的是對監(jiān)聽socket的處理，[]內(nèi)的是對accept返回的客戶socket的處理。這些系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)以及需要的頭文件等，只需要在linux下man就好。
一、注意事項(xiàng)。
（1）包裹宏使用。這些系統(tǒng)調(diào)用返回-1表示失敗。檢測系統(tǒng)調(diào)用的返回值是個(gè)好習(xí)慣，應(yīng)該說必須檢測，如果系統(tǒng)調(diào)用總是成功的話，它為何又要有返回值呢？。每次檢查的話，代碼寫起來又很是羅唆，并且容易遺漏檢測。使用宏包裹系統(tǒng)調(diào)用或者使用包裹函數(shù)是不錯(cuò)的方案。下面給出幾個(gè)預(yù)定義包裹宏：
#define NOERROR_FUNC(func,opt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
opt; \
}
#define NOERROR_FUNC_1(func) NOERROR_FUNC(func,return -1)
#define NOERROR_FUNC_NULL(func) NOERROR_FUNC(func,return NULL)
不知道strerror？，剛說了，去linux下:man strerror
以后使用就可以類似于這樣：
NOERROR_FUNC_1（(fd=socket(AF_INET,SOCKET_STREAM,0)));
NOERROR_FUNC_1(bind(fd,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in)));
(2)不能返回失敗的錯(cuò)誤。大多數(shù)阻塞式系統(tǒng)調(diào)用要處理EINTR錯(cuò)誤，另accept還要處理ECONNABORTED。與（1）同樣道理，預(yù)定義宏如下：
#define NOERROR_FUNC_BUT_ERR(func,opt,err,erropt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
if(errno==err) { erropt;} \
else {opt;} \
}
#define NOERROR_FUNC_BUT_ERR_2(func,opt,err1,err2,erropt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
if(errno==err1||errno==err2) { erropt;} \
else {opt;} \
}
調(diào)用accept的代碼就可以如此寫：
while(1)
{
client_sockfd=accept(fd,(struct sockaddr *)&clientAddr,&lenAddr);
NOERROR_FUNC_BUT_ERR_2(client_sockfd,retun -1,EINTR,ECONNABORTED,continue);
（3）涉及到系統(tǒng)調(diào)用分兩類：從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)，該類系統(tǒng)調(diào)用使用值參數(shù)，有：bind/setsockopt/connect；從內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài),該類系統(tǒng)調(diào)用使用值－結(jié)果參數(shù)，有：accept/getsockopt。
看下兩者函數(shù)原型，從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)：
int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
int bind(int sockfd,struct sockaddr *Addr,socklen_t addrlen);
從內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài)：
int getsockopt(int s, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
int accept(int sockfd,struct sockaddr *Addr,socklen_t *addrlen);
看最后一個(gè)參數(shù)，從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)只要告訴內(nèi)核參數(shù)長度的值就可以了，因此是值方式。從內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài)，要事先準(zhǔn)備好變量保存內(nèi)核態(tài)返回的結(jié)果長度值，因此是指針方式，稱之為值－結(jié)果參數(shù)。
二、系統(tǒng)調(diào)用
（1）socket
int fd;
NOERROR_FUNC_1(fd=socket(AF_INET,SOCKET_STREAM,0));
創(chuàng)建一個(gè)ipv4的tcp socket
（2）bind
把socket綁定到一個(gè)地址，首先要指明地址，如下：
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;//協(xié)議類型
addr.sin_port=htons(5000);//端口地址
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//此處表示任意ip（主機(jī)有多個(gè)網(wǎng)卡，則將環(huán)路地址127.0.0.1以及各網(wǎng)卡ip都指定）。
NOERROR_FUNC_1(bind(fd,(struct sockaddr *)addr,sizeof(struct sockaddr_in)));
創(chuàng)建ipv4協(xié)議的地址，使用5000端口，接收任何地址的connect，把該地址和fd綁定。
注意：
1、地址聲明的時(shí)候使用struct sockaddr_in，使用的時(shí)候總是強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為struct sockaddr。
2、struct sockaddr_in結(jié)構(gòu)中端口和ip都必須是網(wǎng)絡(luò)序。htons把主機(jī)序的short int轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)序，htonl把主機(jī)序的long int轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)序。
3、除任意ip地址為常量外，一般習(xí)慣用點(diǎn)分字符串表示ip地址，而addr.sin_addr.s_addr要使用網(wǎng)絡(luò)序整型。
因此有兩個(gè)函數(shù)可以在字符串和網(wǎng)絡(luò)序ip地址之間做轉(zhuǎn)換：
const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t cnt);
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
這里是需要網(wǎng)絡(luò)序，因此使用ton（to net）那個(gè)函數(shù)，比如：
NOERROR_FUNC_1（inet_pton(AF_INET,"172.168.0.45", &addr.sin_addr.s_addr));
（3）setsockopt
long val;
socklen_t len=sizeof(val);
NOERROR_FUNC_1(setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&(val=1),len));
給socket設(shè)置選項(xiàng)，常用的不多，SO_REUSEADDR是一個(gè)，服務(wù)器一般使用，其它還有SO_RCVBUF，SO_SNDBUF。accept返回的對端socket繼承監(jiān)聽socket的發(fā)送緩存、接收緩存選項(xiàng)。一般也不需要設(shè)置SO_RCVBUF，SO_SNDBUF，默認(rèn)的足夠了，帶寬很大的情況下，需要設(shè)置，以免其稱為瓶頸，貌似默認(rèn)的是8092字節(jié)。哦，還有要在listen前設(shè)置。
（4）listen
NOERROR_FUNC_1(listen(fd,SOMAXCONN));
把fd從主動(dòng)端口變?yōu)楸粍?dòng)端口，等待client connect。第二個(gè)參數(shù)是表示三次握手中隊(duì)列以及完成了三次握手等待accept系統(tǒng)函數(shù)來取的隊(duì)列的相加值，有的系統(tǒng)不是簡單相加，還有一個(gè)系數(shù)，也就是如果設(shè)置5，系數(shù)是2，那么兩個(gè)隊(duì)列的和就是10。如果隊(duì)列滿，而accept沒來取（很忙的情況下，來不及調(diào)用accept），再有連接來就會(huì)被拒絕掉，要想系統(tǒng)能處理超大爆發(fā)的連接，就加大這個(gè)參數(shù)值，加快accept的處理。SOMAXCONN表示取系統(tǒng)允許的最大值。
（5）accept
前面已經(jīng)舉例了，這里就不再列例子了。
阻塞式調(diào)用，需要處理EINTR（被信號(hào)終止），ECONNABORTED（返回前client異常終止），處理的方式就是重新accept。
（6）read
int read(int fd,char *buf,size_t len);
這是針對文件描述符的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，socket也屬于文件描述符。tcp協(xié)議中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是流字節(jié)，沒有什么結(jié)束符的標(biāo)志，只能由協(xié)議提供結(jié)束方式，比如http協(xié)議使用"\r\n\r\n"或者"\n\n"標(biāo)識(shí)一條信令結(jié)束，這樣的話，我們只能一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的讀取，然后結(jié)合已經(jīng)讀取的字節(jié)，判斷是否應(yīng)該結(jié)束讀。而網(wǎng)絡(luò)模型中要提高性能，一個(gè)重要方面就是要減少系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)。因此tcp中都要使用緩存區(qū)一次讀取盡可能多的數(shù)據(jù)，然后再從該緩存區(qū)一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的讀取，緩存區(qū)數(shù)據(jù)被讀完而沒有到結(jié)束位置的時(shí)候，再次調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用read。
返回值為0表示對端正常關(guān)閉，大于0表示讀取到的字節(jié)數(shù)。示例見最后例子。
（7）write
int write(int fd,char *buf,size_t len);
兩個(gè)需要注意的地方：
1、對EINTR處理。防止被信號(hào)中斷，沒有正確寫入需求的字符數(shù)。
2、signal(SIGPIPE, SIG_IGN);這句代碼的意思是忽略SIGPIPE信號(hào)。
write寫被重置（對端意外關(guān)閉）的套接口，產(chǎn)生SIGPIPE信號(hào)，不處理的話程序被終止。忽略的話，繼續(xù)寫會(huì)產(chǎn)生EPIPE錯(cuò)誤，檢查write系統(tǒng)調(diào)用的返回結(jié)果就好了。示例見最后例子。
signal的使用，man下就看到了，回調(diào)函數(shù)的原型等都有，SIG_IGN也會(huì)出現(xiàn)，呵呵。
（8）close就不說了
（9）fcntl
要對socket設(shè)置為非阻塞方式，setsockopt沒有提供相應(yīng)的選項(xiàng)，只能用fcntl函數(shù)設(shè)置。
int flags;
NOERROR_FUNC_1（flags=fcntl(client_sockfd,F_GETFL,0)）；
NOERROR_FUNC_1（fcntl(client_sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK)）;
多路分離I/O(select/poll/epoll)通常設(shè)置為非阻塞方式。
設(shè)置為阻塞方式（默認(rèn)方式）代碼：
int flags;
NOERROR_FUNC_1（flags=fcntl(client_sockfd,F_GETFL,0)）；
NOERROR_FUNC_1（fcntl(client_sockfd,F_SETFL,flags&~O_NONBLOCK)）;
對于阻塞方式的套接口，如果要避免read write永遠(yuǎn)阻塞，設(shè)置等待時(shí)間的方式有3種：信號(hào)方式，不推薦，不說了；select方式，每次調(diào)用read前調(diào)用select監(jiān)視該套接口是否在指定時(shí)間內(nèi)可寫，超時(shí)select返回0，這樣每次執(zhí)行read都要調(diào)用兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，不推薦；最后就是設(shè)置套接口選項(xiàng)SO_RECVTIMEO和SO_SNDTIMEO,其實(shí)這個(gè)也不推薦，總之不推薦阻塞式的方式，呵呵。實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)模型都是多路分離的。
非阻塞方式下的connect函數(shù)要說下，當(dāng)然是就客戶端而言，connect后如果沒有立即返回連接成功的話，把這個(gè)socket加入select的 fd_set(poll的pollfd，epoll的EPOLL_CTL_ADD操作),要監(jiān)視是否可寫事件，可寫的時(shí)候用getsockopt獲取SO_ERROR選項(xiàng)，如果非負(fù)（其實(shí)就是0值）就標(biāo)示connect成功，否則就是失敗。EPOLL中測試結(jié)果是connect失敗的返回事件是EPOLLERR|EPOLLHUP,并不是加入時(shí)的EPOLLOUT，成功的時(shí)候是EPOLLOUT。
三、示例
最后給個(gè)單線程的服務(wù)器，雖說沒什么實(shí)用意義，不過就象“hello world!”，入門第一課。
這個(gè)例子，讀取數(shù)據(jù)，回寫response，關(guān)閉clientfd。不管read write是否出錯(cuò)，都執(zhí)行close，因此代碼很簡單。
先來main函數(shù)：
int main()
{
int server_sockfd;
int client_sockfd;
struct sockaddr_in serverAddr;
struct sockaddr_in clientAddr;
size_t lenAddr;
int val;
memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr));
serverAddr.sin_family=AF_INET;
serverAddr.sin_port=htons(5000);
serverAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
NOERROR_FUNC_1((server_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)));
NOERROR_FUNC_1(setsockopt(server_sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&(val=1),sizeof(val)));
NOERROR_FUNC_1(bind(server_sockfd,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in)));
NOERROR_FUNC_1(listen(server_sockfd,SOMAXCONN));
const static char * response="HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n";
char buf[BUF_LEN];
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
while(1)
{
client_sockfd=accept(server_sockfd,(struct sockaddr *)&clientAddr,&lenAddr);
NOERROR_FUNC_BUT_ERR_2(client_sockfd,return -1,EINTR,ECONNABORTED,continue);
BuffCache cache;
if(read_double_enter(client_sockfd,buf,BUF_LEN,&cache)>0)
writen(client_sockfd,response,19);
close(client_sockfd);
}
close(server_sockfd);
return 0;
}
下面是包含的頭文件和宏：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>
#define NOERROR_FUNC(func,opt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
opt; \
}
#define NOERROR_FUNC_BUT_ERR(func,opt,err,erropt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
if(errno==err) { erropt;} \
else {opt;} \
}
#define NOERROR_FUNC_BUT_ERR_2(func,opt,err1,err2,erropt) if((func)<0) \
{ \
printf("Line[%d] error[%d:%s]\n",__LINE__,errno,strerror(errno)); \
if(errno==err1||errno==err2) { erropt;} \
else {opt;} \
}
#define NOERROR_FUNC_1(func) NOERROR_FUNC(func,return -1)
#define NOERROR_FUNC_NULL(func) NOERROR_FUNC(func,return NULL)
#define BUF_LEN 1024
下面是緩存區(qū)和讀寫代碼：
class BuffCache
{
public:
BuffCache():count(0){}
int read_socket(int fd,char * pCh)
{
if(count<=0)
{
again:
if((count=read(fd,buf,BUF_LEN))<0)
{
if(errno==EINTR)
goto again;
*pCh='\0';
return -1;
}
else if(count==0)
{
*pCh='\0';
return 0;
}
ptrBuf=buf;
}
count--;
*pCh=*(ptrBuf++);
return 1;
}
private:
char buf[BUF_LEN];
char * ptrBuf;
int count;
};
inline int read_double_enter(int fd,char * pCh, int maxsize,BuffCache *cache)
{
int i=0;
char *ptr=pCh;
int res=0;
int sum=0;
for(i=0;i<maxsize;i++)
{
if((res=cache->read_socket(fd,ptr))<0)
return -1;
else if(res==0)
{
*ptr='\0';
return sum;
}
else
{
if(*ptr=='\n'&&
((ptr-pCh>=1&&*(ptr-1)=='\n')||
(ptr-pCh>=3&&*(ptr-1)=='\r'&&*(ptr-2)=='\n'&&*(ptr-3)=='\r')))
{
*(ptr+1)='\0';
return ++sum;
}
}
ptr++;
sum++;
}
}
inline int writen(int fd,const char * buf, int len)
{
int count=0;
int leftlen=len;
const char * ptr=buf;
while(leftlen>0)
{
again:
NOERROR_FUNC_BUT_ERR((count=write(fd,ptr,leftlen)),return -1,EINTR,goto again);
leftlen-=count;
ptr+=count;
}
}
隨便寫的一個(gè)程序，湊合著看吧。
四、其它基礎(chǔ)性知識(shí)的說明（1）read write外 還有recv send recvfrom sendto recvmsg sendmsg不說了
（2）信號(hào)處理不說了
（3）多路分離后面講各種模型的時(shí)候詳細(xì)寫
（4）信號(hào)方式的多路分離不細(xì)說了，在tcp中只能accept除使用信號(hào)SIGIO，但是該信號(hào)為非可靠信號(hào)，當(dāng)大量client連接到來的時(shí)候，經(jīng)常丟失信號(hào)，10并發(fā)都支持不了，實(shí)在沒什么實(shí)際意義。