socket通讯

什么是Socket？
Socket（套接字），用来描述IP地址和端口，是通信链的句柄，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元，是对网络通信过程中端点的抽象表示。
通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。Socket()函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。

插述：
TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。数据在传输前要建立连接，传输完毕后还要断开连接。客户端在收发数据前要使用 connect() 函数和服务器建立连接。建立连接的目的是保证IP地址、端口、物理链路等正确无误，为数据的传输开辟通道。
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TCP粘包问题

socket缓冲区和数据的传递过程，可以看到数据的接收和发送是无关的，read()/recv() 函数不管数据发送了多少次，都会尽可能多的接收数据。也就是说，read()/recv() 和 write()/send() 的执行次数可能不同。

例如，write()/send() 重复执行三次，每次都发送字符串"abc"，那么目标机器上的 read()/recv() 可能分三次接收，每次都接收"abc"；也可能分两次接收，第一次接收"abcab"，第二次接收"cabc"；也可能一次就接收到字符串"abcabcabc"。

假设我们希望客户端每次发送一位学生的学号，让服务器端返回该学生的姓名、住址、成绩等信息，这时候可能就会出现问题，服务器端不能区分学生的学号。例如第一次发送 1，第二次发送 3，服务器可能当成 13 来处理，返回的信息显然是错误的。

这就是数据的“粘包”问题，客户端发送的多个数据包被当做一个数据包接收。也称数据的无边界性，read()/recv() 函数不知道数据包的开始或结束标志（实际上也没有任何开始或结束标志），只把它们当做连续的数据流来处理。
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测试粘包：

TCP粘包问题解决

采用自定义的报文格式：报文长度+报文内容
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(*ibuflen) = 0;  // 报文长度变量初始化为0。// 先读取报文长度，4个字节。if (Readn(sockfd,(char*)ibuflen,4) == false) return false;(*ibuflen)=ntohl(*ibuflen);  // 把报文长度由网络字节序转换为主机字节序。// 再读取报文内容。if (Readn(sockfd,buffer,(*ibuflen)) == false) return false;

关于TCP缓冲区

什么是tcp缓冲区？
每个 socket 被创建后，都会分配两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。

缓冲区的意义
write()/send() 并不立即向网络中传输数据，而是先将数据写入缓冲区中，再由TCP协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区，函数就可以成功返回，不管它们有没有到达目标机器，也不管它们何时被发送到网络，这些都是TCP协议负责的事情。
TCP协议独立于 write()/send() 函数，数据有可能刚被写入缓冲区就发送到网络，也可能在缓冲区中不断积压，多次写入的数据被一次性发送到网络，比如nagle算法，这取决于当时的网络情况、当前线程是否空闲等诸多因素，不由程序员控制。
read()/recv() 函数也是如此，也从输入缓冲区中读取数据，而不是直接从网络中读取。

I/O缓冲区特性
1、I/O缓冲区在每个TCP套接字中单独存在；
2、I/O缓冲区在创建套接字时自动生成；
3、即使关闭套接字也会继续传送输出缓冲区中遗留的数据；
4、关闭套接字将丢失输入缓冲区中的数据。

输入输出缓冲区的默认大小一般都是 8K，可以通过 getsockopt() 函数获取：

int servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
unsigned optVal;
int optLen = sizeof(int);
getsockopt(servSock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&optVal, &optLen);
printf("Buffer length: %d\n", optVal);

运行结果：
Buffer length: 8192

封装socket常用函数

bool CTcpServer::InitServer(const unsigned int port,const int backlog)
{// 如果服务端的socket>0，关掉它，这种处理方法没有特别的原因，不要纠结。if (m_listenfd > 0) { close(m_listenfd); m_listenfd=-1; }if ( (m_listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<=0) return false;// 忽略SIGPIPE信号，防止程序异常退出。signal(SIGPIPE,SIG_IGN);   // 打开SO_REUSEADDR选项，当服务端连接处于TIME_WAIT状态时可以再次启动服务器，// 否则bind()可能会不成功，报：Address already in use。//char opt = 1; unsigned int len = sizeof(opt);int opt = 1; unsigned int len = sizeof(opt);setsockopt(m_listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,len);    memset(&m_servaddr,0,sizeof(m_servaddr));m_servaddr.sin_family = AF_INET;m_servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   // 任意ip地址。m_servaddr.sin_port = htons(port);if (bind(m_listenfd,(struct sockaddr *)&m_servaddr,sizeof(m_servaddr)) != 0 ){CloseListen(); return false;}if (listen(m_listenfd,backlog) != 0 ){CloseListen(); return false;}return true;
}bool CTcpServer::Accept()
{if (m_listenfd==-1) return false;m_socklen = sizeof(struct sockaddr_in);if ((m_connfd=accept(m_listenfd,(struct sockaddr *)&m_clientaddr,(socklen_t*)&m_socklen)) < 0)return false;return true;
}

析构函数中会释放socket连接。

多进程网络服务程序框架

TCP长连接与短连接

1、使用方法不同。长连接是client方与server方先建立连接，连接建立后不断开，然后再进行报文发送和接收。短连接是Client方与server每进行一次报文收发交易时才进行通讯连接，交易完毕后立即断开连接。此方式常用于一点对多点通讯。

2、操作过程不同。长连接的操作步骤是：建立连接、数据传输…、保持连接、数据传输、关闭连接。短连接的操作步骤是：建立连接、数据传输、关闭连接、建立连接、数据传输、关闭连接。

3、使用时机不同。长连接：短连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且长连接数不能太多的情况。每个TCP连接的建立都需要三次握手，每个TCP连接的断开要四次握手。

在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接，也就是说，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源，如js文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。

但从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头中加入 Connection：keep-alive

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心跳机制：心跳机制是定时发送一个自定义的结构体(心跳包)，让对方知道自己还活着，以确保连接的有效性的机制。
客户端心跳：以xml格式向客户端发送心跳包

// 心跳。 
bool srv000()    
{char buffer[1024];SPRINTF(buffer,sizeof(buffer),"0");printf("发送：%s\n",buffer);if (TcpClient.Write(buffer)==false) return false; // 向服务端发送请求报文。memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (TcpClient.Read(buffer)==false) return false; // 接收服务端的回应报文。printf("接收：%s\n",buffer);return true;
}

多进程的服务程序

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一个服务端响应客户端，服务端程序不会退出。
子进程处理业务，父进程继续accept，接受客户端的请求。

加入子进程，解决了子进程不能退出，在循环内退出后，会产生僵尸进程。
解决僵尸进程：信号处理函数中,加入single（）函数,则父进程不需要等待。

while (true){// 等待客户端的连接请求。if (TcpServer.Accept()==false){logfile.Write("TcpServer.Accept() failed.\n"); FathEXIT(-1);}logfile.Write("客户端（%s）已连接。\n",TcpServer.GetIP());if (fork()>0) { TcpServer.CloseClient(); continue; }  // 父进程继续回到Accept()。// 子进程重新设置退出信号。signal(SIGINT,ChldEXIT); signal(SIGTERM,ChldEXIT);TcpServer.CloseListen();// 子进程与客户端进行通讯，处理业务。char buffer[102400];// 与客户端通讯，接收客户端发过来的报文后，回复ok。while (1){memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (TcpServer.Read(buffer)==false) break; // 接收客户端的请求报文。logfile.Write("接收：%s\n",buffer);strcpy(buffer,"ok");if (TcpServer.Write(buffer)==false) break; // 向客户端发送响应结果。logfile.Write("发送：%s\n",buffer);}ChldEXIT(0);

扩展：僵尸进程

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僵尸进程处理的三种方式

内核向父进程发送SIGCHLD信号，
2.wait函数
但父进程会阻塞
3.在信号处理函数中，调用wait，不需要等待

Linux一切皆文件

Linux中所有内容都是以文件的形式保存和管理，即：一切皆文件。
普通文件是文件。
目录(在win下称为文件夹)是文件。
硬件设备(键盘、硬盘、打印机)是文件。
套接字(socket)、网络通信等资源也都是文件。

启动一个 linux 进程时，程序默认打开三个 I/O 设备文件：标准输入文件 stdin，标准输出文件 stdout，标准错误输出文件 stderr，而每打开一个文件，就有一个代表该打开文件的文件描述符（比较小的整数）。而一般情况下，stdin、stdout 和 stderr 对应的文件描述符就是 0、1、2。
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查看文件描述符：

fd打开越多，则资源消耗越大，所以在工程中，总是关闭可以关闭的fd.