网络字节序——TCP接口及其实现简单TCP服务器

文章目录

• 网络字节序——TCP接口及其实现简单TCP服务器
• • • 简单TCP服务器的实现
    • • 1. 单进程版：客户端串行版
      • 2. 多进程版：客户端并行版
      • netstat查看网络信息
      • 3.多线程版：并行执行
      • log.hpp
    • 守护进程
    • • • fg、bg
      • setsid
    • TCP协议通信流程
    • • 首先需要服务器初始化
      • 建立连接的过程（通常称为三次握手）
      • 数据传输的过程
      • 断开连接的过程

简单TCP服务器的实现

• TCP区别于UDP在于要设置套接字为监控状态，即TCP是面向链接，因此TCP套接字需要设置为监听状态

void initserver(){//1.创建套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){    logMessage(FATAL,"create listensocket error");    exit(SOCK_ERR);} logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);//2.bind ip和portstruct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败{    logMessage(FATAL,"bind error");    exit(BIND_ERR);} logMessage(NORMAL,"bind success");//3.将套接字设置为监听模式if(listen(_listensock,0)<0){    logMessage(FATAL,"listen error");    exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen success");}

socket函数原型

#include #include int socket(int domain, int type, int protocol);

• domain 表示协议族，常用的有 AF_INET（IPv4）和 AF_INET6（IPv6）。

• type 表示Socket类型，常用的有 SOCK_STREAM（TCP）和 SOCK_DGRAM（UDP）。

• protocol 通常可以设置为 0，让系统根据 domain 和 type 来选择合适的协议。

• socket()打开一个网络通讯端口,如果成功的话,就像open()一样返回一个文件描述符

• 应用程序可以像读写文件一样通过socket函数用read/write在网络上收发数据

bind函数原型

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• sockfd 是socket描述符。

• addr 是一个 struct sockaddr 结构体，包含要绑定的IP地址和端口信息。

• addrlen 是 addr 结构体的长度。因为addr结构体可以接受多种协议的sockaddr结构体，因此要传其结构体的长度

• bind()成功返回0,失败返回-1。

• bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起, 使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号;

listen函数原型

int listen(int sockfd, int backlog);

• sockfd 是socket描述符，指用于进行网络监听的文件描述符
• backlog 表示等待连接队列的最大长度。
• listen成功返回0，失败返回-1
• listen函数将使得sockfd处于监听状态，并且允许backlog个客户端处于连接等待状态，当收到多于backlog个客户端的的连接请求则选择忽略。
• 实际上listen函数告诉操作系统指定的套接字sockfd处于监听状态，该套接字开始等待其他计算机通过网络与其建立连接，一旦有连接请求到达，操作系统会将连接请求放入连接队列中，连接队列的最大长度为backlog，连接队列是一个存放连接请求的缓冲区，如果队列已满新的连接请求将会被拒绝。即当一个套接字处于监听状态时，它不直接处理数据传输，而是等待其他计算机发起连接。

总的来说initserver函数作用是先创建套接字，然后填充指定的端口号和ip，并将套接字设置为监听状态

void start(){    while(true)    {        struct sockaddr_in cli;        socklen_t len=sizeof(cli);        bzero(&cli,len);        int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);        if(sock<0)        {            logMessage(FATAL,"accept client error");            continue;        }        logMessage(NORMAL,"accept client success");        cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;        }

accept函数原型

#include #include int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• sockfd：是一个已经通过 socket 函数创建的套接字描述符，并且是已经处于监听状态，用于监听传入的连接请求。

• addr：是一个指向 struct sockaddr 结构的指针，用于接收连接请求的客户端的地址信息。

• addrlen：是一个指向 socklen_t 类型的指针，用于指定 addr 缓冲区的长度，同时也用于返回实际客户端地址结构的大小。

• accept函数作用是接受传入的连接请求，他会阻塞程序的执行，直到有一个连接请求到达。一旦有连接请求到达，将会创建一个新的套接字，并返回这个新套接字的文件描述符，这个新套接字用于与客户端进行通信，同时addr和 addrlen会填充上客户端的地址信息。

• 在服务器程序中，accept函数会被用在一个循环中，以接受多个客户端的连接请求

start函数作用是阻塞接受客户端发送来的连接请求，使得服务器与客户端建立通信

tcpclient.cc

#include#include#include#include"tcpclient.hpp"using namespace std;using namespace client;static void Usage(string proc){    cout<<"\nUsage :\n\t"<<proc<<" serverip serverport\n"<<endl;}int main(int argc, char* argv[]){    if(argc!=3)    {        Usage(argv[0]);        exit(1);    }string serverip=argv[1];uint16_t serverport=atoi(argv[2]);unique_ptr<tcpclient> tc(new tcpclient(serverip,serverport));tc->initclient();tc->start();    return 0;}

tcpclient.hpp

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std;#define NUM 1024namespace client{    class tcpclient{public:tcpclient(const string& ip,const uint16_t& port):_sock(-1),_port(port),_ip(ip){}void initclient(){//1.创建sockfd_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_sock<0){   cerr<<"socket create error"<<endl;   exit(2);}//2.绑定 ip port，不显示绑定，OS自动绑定}void start(){struct sockaddr_in ser;bzero(&ser,sizeof(ser));socklen_t len=sizeof(ser);ser.sin_family=AF_INET;ser.sin_port=htons(_port);ser.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());if(connect(_sock,(struct sockaddr *)&ser,len)!=0){    cerr<<"connect error"<<endl;}else{    string msg;    while(true)    {        cout<<"Enter# ";        getline(cin,msg);        write(_sock,msg.c_str(),msg.size());                char inbuffer[NUM];        int n=read(_sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);        if(n>0)        {            cout<<"server return :"<<inbuffer<<endl;        }else        {            break;        }    }}}~tcpclient(){    if(_sock>=0) close(_sock);}private:int _sock;uint16_t _port;string _ip;};}

tcpserver.cc

#include"tcpserver.hpp"#include"log.hpp"#include#include#includeusing namespace Server;using namespace std;static void Usage(string proc){    cout<<"\nUsage:\n\t"<<proc<<" local_port\n\n"<<endl;}int main(int argc,char* argv[]){if(argc!=2){    Usage(argv[0]);    exit(USAGE_ERR);}uint16_t port=atoi(argv[1]);//将字符串转化为整数unique_ptr<tcpserver> ts(new tcpserver(port));ts->initserver();ts->start();return 0;}

tcpserver.hpp

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include"log.hpp"#define NUM 1024using namespace std;namespace Server{    enum    {        USAGE_ERR=1,SOCK_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR    };class tcpserver;    class ThreadData    {public:ThreadData( tcpserver* self,int psock):_this(self),_psock(psock){}tcpserver* _this;int _psock;    };class tcpserver{ public:tcpserver(const  uint16_t& port):_port(port),_listensock(-1){}void initserver(){//1.创建套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){    logMessage(FATAL,"create listensocket error");    exit(SOCK_ERR);} logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);//2.bind ip和portstruct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败{    logMessage(FATAL,"bind error");    exit(BIND_ERR);} logMessage(NORMAL,"bind success");//3.将套接字设置为监听模式if(listen(_listensock,0)<0){    logMessage(FATAL,"listen error");    exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen success");}void start(){     // signal(SIGCHLD, SIG_IGN);    threadPool<Task>::getthpptr()->run();    while(true)    {        struct sockaddr_in cli;        socklen_t len=sizeof(cli);        bzero(&cli,len);        int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);        if(sock<0)        {            logMessage(FATAL,"accept client error");            continue;        }        logMessage(NORMAL,"accept client success");        cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;        // serviceIO(sock);//客户端串行版        // close(sock);        //多进程版---        //一个客户端占用一个文件描述符，原因在于孙子进程执行IO任务需要占用独立的文件描述符,而文件描述符是继承父进程的，而每次客户端进来都要占用新的文件描述符        //因此若接收多个客户端不退出的话文件描述符会越来越少。//         pid_t id=fork();//创建子进程//         if(id==0)//子进程进入//         {//             close(_listensock);//子进程不需要用于监听因此关闭该文件描述符//             if(fork()>0)  exit(0);// //子进程创建孙子进程，子进程直接退出，让孙子进程担任IO任务，且孙子进程成为孤儿进程被OS领养，// //除非客户端退出IO任务结束否则该孤儿进程一直运行下去不会相互干扰,即并行完成服务器和客户端的通信// //孙子进程// serviceIO(sock);// close(sock);// exit(0);//         }//         //父进程//         pid_t ret=waitpid(id,nullptr,0);//         if(ret<0)//         {//             cout << "waitsuccess: " << ret << endl;//         }//多线程版// pthread_t pid;// ThreadData* th=new ThreadData(this,sock);// pthread_create(&pid,nullptr,start_routine,th);threadPool<Task>::getthpptr()->push(Task(sock,serviceIO));    }}// static void* start_routine(void* args)// {//     pthread_detach(pthread_self());//     ThreadData* ret=static_cast(args);//     ret->_this->serviceIO(ret->_psock);//     close(ret->_psock);//     delete ret;//     return nullptr;// } // void serviceIO(int sock)// {//     char inbuffer[NUM];//     while(true)//     {//         ssize_t n=read(sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);//         if(n>0)//         {//             inbuffer[n]=0;//             cout<<"recv message: "<//             string outb=inbuffer;//             string outbuffer=outb+"[server echo]";//             write(sock,outbuffer.c_str(),outbuffer.size());//         }// else// {//     logMessage(NORMAL,"client quit,i quit yep");//     break;// }//     }// }~tcpserver(){}private:int _listensock;//用于监听服务器的sock文件描述符uint16_t _port;//端口号};}

1. 单进程版：客户端串行版

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include"log.hpp"#define NUM 1024using namespace std;namespace Server{    enum    {        USAGE_ERR=1,SOCK_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR    };class tcpserver{ public:tcpserver(const  uint16_t& port):_port(port),_listensock(-1){}void initserver(){//1.创建套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){    logMessage(FATAL,"create listensocket error");    exit(SOCK_ERR);} logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);//2.bind ip和portstruct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败{    logMessage(FATAL,"bind error");    exit(BIND_ERR);} logMessage(NORMAL,"bind success");//3.将套接字设置为监听模式if(listen(_listensock,0)<0){    logMessage(FATAL,"listen error");    exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen success");}void start(){    while(true)    {        struct sockaddr_in cli;        socklen_t len=sizeof(cli);        bzero(&cli,len);        int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);        if(sock<0)        {            logMessage(FATAL,"accept client error");            continue;        }        logMessage(NORMAL,"accept client success");        cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;         serviceIO(sock);//客户端串行版         close(sock);    }}void serviceIO(int sock){    char inbuffer[NUM];    while(true)    {        ssize_t n=read(sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);        if(n>0)        {            inbuffer[n]=0;            cout<<"recv message: "<<inbuffer<<endl;            string outb=inbuffer;            string outbuffer=outb+"[server echo]";            write(sock,outbuffer.c_str(),outbuffer.size());        }else{    logMessage(NORMAL,"client quit,i quit yep");    break;}    }}~tcpserver(){}private:int _listensock;//用于监听服务器的sock文件描述符uint16_t _port;//端口号};}

注意：客户端串行給服务器发数据是在哪里堵塞？由于阻塞在accept函数处，即accept等待客户端接入是阻塞式等待。accept函数接收了一个连接请求后，后来的客户端连接请求需要在accept函数处等待，当上一个客户端退出后，服务器才能accept当前客户端发送来的连接请求成功，才能接收当前客户端的数据。即服务器串行接收处理客户端发送来的数据

2. 多进程版：客户端并行版

tcpserver.hpp

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include"log.hpp"#define NUM 1024using namespace std;namespace Server{    enum    {        USAGE_ERR=1,SOCK_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR    };class tcpserver{ public:tcpserver(const  uint16_t& port):_port(port),_listensock(-1){}void initserver(){//1.创建套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){    logMessage(FATAL,"create listensocket error");    exit(SOCK_ERR);} logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);//2.bind ip和portstruct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败{    logMessage(FATAL,"bind error");    exit(BIND_ERR);} logMessage(NORMAL,"bind success");//3.将套接字设置为监听模式if(listen(_listensock,0)<0){    logMessage(FATAL,"listen error");    exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen success");}void start(){     // signal(SIGCHLD, SIG_IGN);    while(true)    {        struct sockaddr_in cli;        socklen_t len=sizeof(cli);        bzero(&cli,len);        int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);        if(sock<0)        {            logMessage(FATAL,"accept client error");            continue;        }        logMessage(NORMAL,"accept client success");        cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;                //多进程版---        //一个客户端占用一个文件描述符，原因在于孙子进程执行IO任务需要占用独立的文件描述符,而文件描述符是继承父进程的，而每次客户端进来都要占用新的文件描述符        //因此若接收多个客户端不退出的话文件描述符会越来越少。        pid_t id=fork();//创建子进程        if(id==0)//子进程进入        {            close(_listensock);//子进程不需要用于监听因此关闭该文件描述符            if(fork()>0)  exit(0);// //子进程创建孙子进程，子进程直接退出，让孙子进程担任IO任务，且孙子进程成为孤儿进程被OS领养，// //除非客户端退出IO任务结束否则该孤儿进程一直运行下去不会相互干扰,即并行完成服务器和客户端的通信// //孙子进程serviceIO(sock);close(sock);exit(0);        }        //父进程         // close(sock);//父进程不使用文件描述符就关闭        pid_t ret=waitpid(id,nullptr,0);        if(ret<0)        {            cout << "waitsuccess: " << ret << endl;        }    }}void serviceIO(int sock){    char inbuffer[NUM];    while(true)    {        ssize_t n=read(sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);        if(n>0)        {            inbuffer[n]=0;            cout<<"recv message: "<<inbuffer<<endl;            string outb=inbuffer;            string outbuffer=outb+"[server echo]";            write(sock,outbuffer.c_str(),outbuffer.size());        }else{    logMessage(NORMAL,"client quit,i quit yep");    break;}    }}~tcpserver(){}private:int _listensock;//用于监听服务器的sock文件描述符uint16_t _port;//端口号};}

• 父进程fork创建子进程，创建完后waitpid等待回收子进程。子进程fork创建孙子进程，创建完后直接退出。导致孙子进程成为孤儿进程，进而被OS领养。因此除非客户端退出IO任务，否则孤儿进程将一直运行下去不会干扰到其他进程，即并行完成服务器和客户端的通信

• 注意的是服务器accept一次客户端的连接请求，就需要申请一个文件描述符，而文件描述符是有上限的，如果大量的客户端请求连接成功并且不结束的话，会造成文件描述符泄露。

因此在父进程那里需要关闭不使用的文件描述符

• 父进程这里回收子进程，不能使用非阻塞等待，原因在于非阻塞等待的本质是轮询，而这里使用后会导致父进程会在accept函数处阻塞等待客户端发送连接请求，那么父进程就无法回收子进程了。因此waitpid的返回值用ret接收，等待回收成功就打印日志，失败则跳过
• 当子进程图退出或者被中止时子进程会发送17号信号SIGCHILD给父进程，父进程可以通过忽略17号信号SIGCHILD的方式来不阻塞等待回收子进程（这种方法对于linux环境可用，其余不保证）

signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

netstat查看网络信息

netstat 是一个用于查看网络连接和网络统计信息的命令行工具。它可以用来显示当前系统上的网络连接、路由表、接口统计信息等等。在 Linux 系统中，netstat 命令的用法如下：

netstat [options]

一些常用的选项包括：

• -a：显示所有的连接，包括监听中和已建立的连接。
• -t：显示 TCP 协议的连接。
• -u：显示 UDP 协议的连接。
• -n：以数字形式显示 IP 地址和端口号，而不是尝试进行 DNS 解析。
• -p：显示与连接关联的进程信息。
• -r：显示路由表。
• -l：仅显示监听中的连接。
• -atun：显示所有的TCP和UDP连接

注意一下：这里出现了两个连接,原因在于服务器和客户端在同一台主机上，即服务器和客户端完成了本地环回，因此能看到两个连接。

3.多线程版：并行执行

tcpserver.hpp

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include"log.hpp"#define NUM 1024using namespace std;namespace Server{    enum    {        USAGE_ERR=1,SOCK_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR    };class tcpserver;    class ThreadData    {public:ThreadData( tcpserver* self,int psock):_this(self),_psock(psock){}tcpserver* _this;int _psock;    };class tcpserver{ public:tcpserver(const  uint16_t& port):_port(port),_listensock(-1){}void initserver(){//1.创建套接字_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){    logMessage(FATAL,"create listensocket error");    exit(SOCK_ERR);} logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", _listensock);//2.bind ip和portstruct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)//绑定失败{    logMessage(FATAL,"bind error");    exit(BIND_ERR);} logMessage(NORMAL,"bind success");//3.将套接字设置为监听模式if(listen(_listensock,0)<0){    logMessage(FATAL,"listen error");    exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen success");}void start(){    while(true)    {        struct sockaddr_in cli;        socklen_t len=sizeof(cli);        bzero(&cli,len);        int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&cli,&len);        if(sock<0)        {            logMessage(FATAL,"accept client error");            continue;        }        logMessage(NORMAL,"accept client success");        cout<<"accept sock: "<<sock<<endl;        //多线程版pthread_t pid;ThreadData* th=new ThreadData(this,sock);pthread_create(&pid,nullptr,start_routine,th);    }} static void* start_routine(void* args){    pthread_detach(pthread_self());//线程分离后让OS自动回收新线程    ThreadData* ret=static_cast<ThreadData*>(args);    ret->_this->serviceIO(ret->_psock);    close(ret->_psock);    delete ret;    return nullptr;}        void serviceIO(int sock){    char inbuffer[NUM];    while(true)    {        ssize_t n=read(sock,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);        if(n>0)        {            inbuffer[n]=0;            cout<<"recv message: "<<inbuffer<<endl;            string outb=inbuffer;            string outbuffer=outb+"[server echo]";            write(sock,outbuffer.c_str(),outbuffer.size());        }else{    logMessage(NORMAL,"client quit,i quit yep");    break;}    }}~tcpserver(){}private:int _listensock;//用于监听服务器的sock文件描述符uint16_t _port;//端口号};}

• 服务器接收一个客户端的连接请求，就申请一个新线程，多线程下可以让服务器接收多个线程

log.hpp

#pragma once#include #include #include#include  #include  #include #include using namespace std;#define DEBUG   0#define NORMAL  1#define WARNING 2#define ERROR   3#define FATAL   4#define NUM 1024#define LOG_STR "./logstr.txt"#define LOG_ERR "./log.err"const char* to_str(int level){    switch(level)    {        case DEBUG: return "DEBUG";        case NORMAL: return "NORMAL";        case WARNING: return "WARNING";        case ERROR: return "ERROR";        case FATAL: return "FATAL";        default: return nullptr;    }}void logMessage(int level, const char* format,...){    // [日志等级] [时间戳/时间] [pid] [messge]    // [WARNING] [2023-05-11 18:09:08] [123] [创建socket失败]    // 暂定  //  std::cout << message << std::endl;char logprestr[NUM];snprintf(logprestr,sizeof(logprestr),"[%s][%ld][%d]",to_str(level),(long int)time(nullptr),getpid());//把后面的内容打印进logprestr缓存区中char logeldstr[NUM];va_list arg;va_start(arg,format); vsnprintf(logeldstr,sizeof(logeldstr),format,arg);//arg是logmessage函数列表中的...  cout<<logprestr<<logeldstr<<endl;//  FILE* str=fopen(LOG_STR,"a");//  FILE* err=fopen(LOG_ERR,"a");//以追加方式打开文件，若文件不存在则创建 //  if(str!=nullptr||err!=nullptr)//两个文件指针都不为空则创建文件成功//  {//   FILE* ptr=nullptr;//   if(level==DEBUG||level==NORMAL||level==WARNING)//   {//     ptr=str;//   }//    if(level==ERROR||level==FATAL)//   {//     ptr=err;//   }//   if(ptr!=nullptr)//   {//     fprintf(ptr,"%s-%s\n",logprestr,logeldstr);//   }//   fclose(str);//   fclose(err); //}}

可变参数列表

• va_list是(char*)重命名的类型，定义可以访问可变参数的变量。

• va_start(ap, v) ap是定义的可变参数变量，v是形参中可变参数前第一个参数名，其作用是使ap指向可变参数部分。

• va_arg(ap, t) ap是定义的可变参数变量，t是可变参数的类型，根据类型，访问可变参数列表中的数据。

• va_end(ap) ap是定义的可变参数变量，使ap变量置空，作为结束使用。

vsnprintf函数原型

#include int vsnprintf(char *str, size_t size, const char *format, va_list ap);

• str是一个指向字符数组（缓冲区）的指针，用于存储格式化后的数据

• size是缓冲区的大小，限制了写入的最大字符数，包括终止的 null 字符

• format格式化字符串，类似于 printf 函数中的格式化字符串

• ap是一个 va_list 类型的变量，用于存储可变参数列表的信息，并且要注意OS对参数压栈的顺序是从右向左

• vsnprintf 函数根据指定的 format 格式化字符串将数据写入 str 缓冲区，但不会超出指定的缓冲区大小。它会在写入数据后自动在缓冲区末尾添加一个 null 终止字符，确保结果是一个合法的 C 字符串。

守护进程

守护进程（Daemon）是在计算机系统中以后台方式运行的一类特殊进程。它通常在操作系统启动时被初始化，并在整个系统运行期间保持活动状态，不需要与用户交互。守护进程通常用于执行系统任务、服务管理以及提供后台服务，如网络服务、定时任务等。

守护进程特点如下：

1. 后台运行，守护进程在后台运行，不与用户交互，没有控制终端。
2. 独立性：它通常独立于用户会话，即使用户注销或关闭终端，守护进程也会继续运行。
3. 没有标准输入输出：守护进程通常没有标准输入和输出，因为它们不与用户交互。它们通常将输出写入日志文件。
4. 分离自身：守护进程会通过一系列操作来与终端、会话和控制组脱离连接，以确保它不会意外地被控制终端关闭。

一个服务器中可以具有多个会话，例如一个服务器上有一个root用户和多个普通用户，当普通用户登录上服务器时即成为一个会话。

一个会话具有多个后台任务，但只能具有一个前台任务（bash）。

• jobs查看任务可以看到任务1是./tcpserver，任务2是sleep 1000 | sleep 2000 | sleep 3000 &，任务3是sleep 4000 | sleep 5000 &，且三个任务后面都带&，在进程或任务后带&作用是将该任务放到后台运行
• sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000 、sleep 4000、sleep 5000的父进程都是16853即bash；而 sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000的PGID相同，都是sleep 1000的pid，即 sleep 1000 、sleep 2000 、sleep 3000属于同一组，同一个组要协同起来完成同一个作业。第一个任务的pid是组长的pid即sleep 1000的pid；而小组16858和小组17070的SID都是16853，即这两个小组属于同一个会话（bash），要完成的是同一个任务；

fg、bg

1. fg 作业号：将作业放到前台

2. bg 作业号：将作业放到后台，或者继续执行后台作业

3. ctrl+Z将前台任务暂停并把作业放到后台

• 用户登录时服务器就需要为此创建一些后台作业和前台作业（命令行）来服务用户，而用户注销或退出服务器也会影响其前台作业和后台作业。而服务器程序不能受到用户登录和注销的影响。
• 我们可以使得服务器程序自成会话，自成进程组，那么该程序就与终端设备无关，不能再收到用户登录和注销的影响了。该类进程被称为守护进程

setsid

在Unix和类Unix系统中，setsid 是一个用于创建新会话的系统调用函数。会话（Session）是一组相关的进程组合，通常由一个控制终端和一些子进程组成。setsid 函数的主要作用是将调用它的进程从当前会话中分离出来，并创建一个新的会话。

 #include pid_t setsid(void);

• 创建新会话：调用 setsid 的进程会成为一个新的会话的组长（Session Leader）。新会话不再与之前的控制终端相关联。但该进程在调用setsid函数之前不能是组长。
• 分离终端：调用 setsid 的进程不再与任何控制终端关联，无法重新获得控制终端。
• 成为新进程组的组长：新会话中的第一个进程（调用 setsid 的进程）会成为新的进程组的组长。

daemon.hpp

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #define DEV "/dev/null"void daemonSelf(const char *currPath = nullptr){    // 1. 让调用进程忽略掉异常的信号signal(SIGPIPE,SIG_IGN);//选择忽略SIGPIPE信号    // 2. 如何让自己不是组长，setsidif(fork()>0)exit(0);//父进程退出    // 子进程 -- 守护进程，精灵进程，本质就是孤儿进程的一种！pid_t ret=setsid();assert(ret!=-1);    // 3. 守护进程是脱离终端的，关闭或者重定向以前进程默认打开的文件int fd=open(DEV,O_RDWR);if(fd>=0){    //dup2(oldfd,newfd):将oldfd的内容填充到newfd中，这样输入到newfd的内容被重定向到oldfd    dup2(fd,0);    dup2(fd,1);    dup2(fd,2);}else{    close(0);    close(1);    close(2);}    // 4. 可选：进程执行路径发生更改if(currPath) chdir(currPath);//更改currPath的路径}

• /dev/null 是一个特殊的设备文件，它被用作数据丢弃点，向它写入的数据会被丢弃，从它读取数据会立即返回EOF（End of File）
• SIGPIPE的触发场景：当一个进程向一个已经关闭写端的管道（或者套接字）写数据时、当进程向一个已经收到 RST 包（连接重置）的套接字发送数据时，该进程就会向父进程发送SIGPIPE信号来进行进程终止。对SIGPIPE进行忽略行为避免了进程向/dev/null中写入数据并出现错误导致的进程终止
• 父进程创建子进程，父进程作为组长，父进程退出后，子进程能够自己成为组长即能够成为守护进程
• dup2(oldfd,newfd):将oldfd的内容填充到newfd中，这样输入到newfd的内容被重定向到oldfd。在代码中是将输入文件描述符012的内容重定向到fd即/dev/null中

tcpserver.cc

#include"tcpserver.hpp"#include"log.hpp"#include"daemon.hpp"#include#include#includeusing namespace Server;using namespace std;static void Usage(string proc){    cout<<"\nUsage:\n\t"<<proc<<" local_port\n\n"<<endl;}int main(int argc,char* argv[]){if(argc!=2){    Usage(argv[0]);    exit(USAGE_ERR);}uint16_t port=atoi(argv[1]);//将字符串转化为整数unique_ptr<tcpserver> ts(new tcpserver(port));ts->initserver();daemonSelf();ts->start();return 0;}

TCP协议通信流程

首先需要服务器初始化

服务器初始化：

• 调用socket, 创建文件描述符，该文件描述符用于监听；
• 调用bind, 将当前的文件描述符和ip/port绑定在一起; 如果这个端口已经被其他进程占用了, 就会bind失败;
• 调用listen, 声明当前这个文件描述符作为一个服务器的文件描述符, 该文件描述符处于监听状态，等待客户端发起连接；
• 调用accecpt, 并阻塞, 等待客户端连接过来;

建立连接的过程（通常称为三次握手）

建立连接的过程（内含三次握手）

• 客户端调用socket，创建文件描述符；
• 客户端调用connect，向指定地址端口的服务器发起请求；（请求的过程中会进行三次握手）
• connect会发出SYN段給服务器并阻塞等待服务器应答；（第一次握手）
• 服务器收到客户端的SYN段后，会应答一个SYN-ACK段表示"同意建立连接"；（第二次握手）
• 客户端收到SYN-ACK后，会从connet()返回，同时发送一个应答ACK段給服务器；（第三次握手）
• 服务器收到客户端发来的ACK段后，会从accpet()返回，返回（分配）一个新的文件描述符connfd用于与客户端通信

• 可以看到三次握手由connect()发起请求开始，并由connect()返回结束，因此客户端在调用connect()时本质就是通过某种方式与服务器进行三次握手

**对于建链接的3次握手，**主要是要初始化Sequence Number 的初始值。通信的双方要互相通知对方自己的初始化的Sequence Number（缩写为ISN：Inital Sequence Number）——所以叫SYN，全称Synchronize Sequence Numbers。也就上图中的 x 和 y。这个号要作为以后的数据通信的序号，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输的问题而乱序（TCP会用这个序号来拼接数据）。来自陈浩大佬对于三次握手的部分诠释

• 连接建立成功后会被accpet获取到，此时客户端和服务器就能进行通信了。要注意的是，连接建立是三次握手做的事，三次握手是TCP底层的工作，而accep要做的是把底层已经建立好的连接拿到用户层，即accept本身不参于三次握手这个过程（不参与建立连接），accpet会阻塞等待获取建立好的连接，若连接没有建立好会进行等待。

数据传输的过程

• 建立连接后,TCP协议提供全双工的通信服务; 所谓全双工的意思是, 在同一条连接中, 同一时刻, 通信双方 可以同时写数据; 其原因在于服务器和客户端的应用层和传输层都有两个缓冲区，一个是发送缓冲区另一个是接收缓冲区，那么服务器和客户端进行发送和读取并不会互相影响。相对的概念叫做半双工, 同一条连接在同一时刻, 只能由一方来写数据;

• 服务器从accept()返回后立刻调 用read(), 读socket就像读管道一样, 如果没有数据到达就阻塞等待;

• 这时客户端调用write()发送请求给服务器, 服务器收到后从read()返回,对客户端的请求进行处理, 在此期 间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答;

• 服务器调用write()将处理结果发回给客户端, 再次调用read()阻塞等待下一条请求；

• 客户端收到后从read()返回, 发送下一条请求,如此循环下去

断开连接的过程

• 如果客户端没有更多的请求了, 就调用close()关闭连接, 客户端会向服务器发送FIN段；(第一次握手)
• 此时服务器收到FIN后, 会回应一个ACK, 同时read会返回0 ；(第二次握手)
• read返回之后, 服务器就知道客户端关闭了连接, 也调用close关闭连接, 这个时候服务器会向客户端发送 一个FIN; (第三次握手）
• 客户端收到FIN, 再返回一个ACK给服务器; (第四次握手）

• 这个断开连接的过程, 通常称为四次挥手

• 对于4次挥手其实你仔细看是2次，因为TCP是全双工的，所以，发送方和接收方都需要Fin和Ack。只不过，有一方是被动的，所以看上去就成了所谓的4次挥手。如果两边同时断连接，那就会就进入到CLOSING状态，然后到达TIME_WAIT状态。

当客户端不与服务器通信时需要断开连接的原因

• 其实，网络上的传输是没有连接的，包括TCP也是一样的。而TCP所谓的“连接”，其实只不过是在通讯的双方维护一个“连接状态”，让它看上去好像有连接一样。所以，TCP的状态变换是非常重要的。若通信结束不及时断开连接，即占用着操作系统的资源不使用，会导致系统的资源越来越少。
• 服务器能够与多个客户端建立连接，意味着服务器会收到大量的连接，因此操作系统要对这些连接进行管理，即"先组织再管理"，在服务端就需要维护连接相关的数据结构，把这些数据结构组织起来，那么对连接的管理转变为对数据结构的管理。
• 操作系统需要维护这些连接相关的数据结构，势必需要消耗资源，而不通信的连接不断开，会导致操作系统的资源浪费。而TCP与UDP的区别之一在于TCP需要对连接相关的资源进行管理。

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