linux网络编程之socket编程(六)

经过一个国庆长假，又有一段时间没有写博文了，今天继续对linux网络编程进行学习，如今的北京又全面进入雾霾天气了，让我突然想到了一句名句：“真爱生活，珍惜生命”，好了，言归正传。

回顾一下我们之间实现在TCP回射客户/服务器程序，首先回顾一下第一个版本：

TCP客户端从stdin获取(fgets)一行数据，然后将这行数据发送(write)到TCP服务器端，这时TCP服务器调用read方法来接收然后再将数据回射(write)回来，客户端收到(read)这一行，然后再将其输出fputs标准输出stdout，但是这个程序并没有处理粘包问题，因为TCP是流协议，消息与消息之间是没有边界的，关于粘包问题，可以参考博文：http://www.cnblogs.com/webor2006/p/3946541.html，为了解决这个问题，于是第二个改进版程序诞生了：

一行一行的发送数据，每一行都有一个\n字符，所以我们在服务器端实现了按行读取的readline方法，另外发送也并不能保证一次调用write方法就将tcp应用层的所有缓冲区拷贝到了套接口缓冲区，所以我们封装了一个writen方法进行一个更可靠消息的发送，所以就很好的解决了粘包问题。

回顾一下程序：

echosrv.c:

 

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0)

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft = count;
    ssize_t nread;
    char *bufp = (char*)buf;

    while (nleft > 0)
    {
        if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            return -1;
        }
        else if (nread == 0)
            return count - nleft;

        bufp += nread;
        nleft -= nread;
    }

    return count;
}

ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft = count;
    ssize_t nwritten;
    char *bufp = (char*)buf;

    while (nleft > 0)
    {
        if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            return -1;
        }
        else if (nwritten == 0)
            continue;

        bufp += nwritten;
        nleft -= nwritten;
    }

    return count;
}

ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
    while (1)
    {
        int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK);
        if (ret == -1 && errno == EINTR)
            continue;
        return ret;
    }
}

ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
    int ret;
    int nread;
    char *bufp = buf;
    int nleft = maxline;
    while (1)
    {
        ret = recv_peek(sockfd, bufp, nleft);
        if (ret < 0)
            return ret;
        else if (ret == 0)
            return ret;

        nread = ret;
        int i;
        for (i=0; i<nread; i++)
        {
            if (bufp[i] == '\n')
            {
                ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
                if (ret != i+1)
                    exit(EXIT_FAILURE);

                return ret;
            }
        }

        if (nread > nleft)
            exit(EXIT_FAILURE);

        nleft -= nread;
        ret = readn(sockfd, bufp, nread);
        if (ret != nread)
            exit(EXIT_FAILURE);

        bufp += nread;
    }

    return -1;
}

void echo_srv(int conn)//由于这个函数的意义就是回显消息给客户端，所以改一个函数名
{
    char recvbuf[1024];
        while (1)
        {
                memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
                int ret = readline(conn, recvbuf, 1024);
        if (ret == -1)
            ERR_EXIT("readline");
        if (ret == 0)
        {
            printf("client close\n");
            break;
        }
        
                fputs(recvbuf, stdout);
                writen(conn, recvbuf, strlen(recvbuf));
        }
}

int main(void)
{
    int listenfd;
    if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
/*    if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)*/
        ERR_EXIT("socket");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    /*servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");*/
    /*inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);*/

    int on = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
        ERR_EXIT("setsockopt");

    if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind");
    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0)
        ERR_EXIT("listen");

    struct sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
    int conn;

    pid_t pid;
    while (1)
    {
        if ((conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen)) < 0)
            ERR_EXIT("accept");

        printf("ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port));

        pid = fork();
        if (pid == -1)
            ERR_EXIT("fork");
        if (pid == 0)
        {
            close(listenfd);
            echo_srv(conn);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        else
            close(conn);
    }
    
    return 0;
}

echocli.c:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0)

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
        size_t nleft = count;
        ssize_t nread;
        char *bufp = (char*)buf;

        while (nleft > 0)
        {
                if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0)
                {
                        if (errno == EINTR)
                                continue;
                        return -1;
                }
                else if (nread == 0)
                        return count - nleft;

                bufp += nread;
                nleft -= nread;
        }

        return count;
}

ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
        size_t nleft = count;
        ssize_t nwritten;
        char *bufp = (char*)buf;

        while (nleft > 0)
        {
                if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
                {
                        if (errno == EINTR)
                                continue;
                        return -1;
                }
                else if (nwritten == 0)
                        continue;

                bufp += nwritten;
                nleft -= nwritten;
        }

        return count;
}

ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
        while (1)
        {
                int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK);
                if (ret == -1 && errno == EINTR)
                        continue;
                return ret;
        }
}


ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
        int ret;
        int nread;
        char *bufp = buf;
        int nleft = maxline;
        while (1)
        {
                ret = recv_peek(sockfd, bufp, nleft);
                if (ret < 0)
                        return ret;
                else if (ret == 0)
                        return ret;

                nread = ret;
                int i;
                for (i=0; i<nread; i++)
                {
                        if (bufp[i] == '\n')
                        {
                                ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
                                if (ret != i+1)
                                        exit(EXIT_FAILURE);

                                return ret;
                        }
                }

                if (nread > nleft)
                        exit(EXIT_FAILURE);

                nleft -= nread;
                ret = readn(sockfd, bufp, nread);
                if (ret != nread)
                        exit(EXIT_FAILURE);

                bufp += nread;
        }

        return -1;
}

void echo_cli(int sock)//将之前这一段代码封装成一个函数，回显客户端，让其代码更加整洁。
{
    char sendbuf[1024] = {0};
        char recvbuf[1024] = {0};
        while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
        {
                writen(sock, sendbuf, strlen(sendbuf));

                int ret = readline(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf));
                if (ret == -1)
                        ERR_EXIT("readline");
                else if (ret == 0)
                {
                        printf("client close\n");
                        break;
                }

                fputs(recvbuf, stdout);
                memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
                memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        }

        close(sock);
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("connect");

    struct sockaddr_in localaddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(localaddr);
    if (getsockname(sock, (struct sockaddr*)&localaddr, &addrlen) < 0)
        ERR_EXIT("getsockname");

    printf("ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(localaddr.sin_addr), ntohs(localaddr.sin_port));


    echo_cli(sock);

    return 0;
}

运行效果如下：

 

对于上面运行程序，当客户端退出之后，服务端会产生僵进程：

【说明】:关于什么是僵尸进程，可以参考博文：http://www.cnblogs.com/webor2006/p/3512781.html

对于僵进程的避勉，有如下方法，之前都有介绍过：

忽略SIGCHLD信号，所以，可以在服务端加入：

编译运行，看是否解决了僵进程的问题：

第二种方式，则可以捕捉SIGCHLD信号来进行忽略，具体代码如下：

此时再编译运行：

但是，对于上面两种解决方式还是会存在一些问题，如果有很多个子进程同时退出，wait函数并不能等待所有子进程的退出，因为wait仅仅只等待第一个子进程退出就返回了，这时就需要用到waitpid了，在这之前，需要模拟一下由五个客户端并发连接至服务器，并同时退出的情况，用简单示例图来描述如下：

客户端创建五个套接字来连接服务器，一旦连接了服务器就会创建一个子进程出来为客户端进行处理，从图中可以看，服务端创建了5个子进程出来。

对于服务端程序是不需要进行修改的，只需修改客户端创建五个套接字既可，修改客户端程序如下：

这时，编译运行：

关于这个比较容易理解，是由于wait函数只等待一个子进程退出就返回了，所以有四个进程处于僵尸的状态。

再运行一次：

那如果再运行一次呢?

从以上结果来看，僵尸进程的数目不一定。

由于wait函数只能返回一个子进程，这时候我们应该用什么方法解决呢？可以用waitpid函数来解决，具体程序修改如下：

再来运行看是否还存在僵尸进程呢？

这种情况有一点不太好解释，但是还会遇到这种情况：

对于这种情况，就可以用理论来解释了，原因是由于有五个子进程都要退出，这就意味着有五个信号要发送给父进程，

在关闭连接时，会向服务器父进程发送SIGCHLD信号，具体如下图：

此时父进程处于一个handle_sigchld()的过程，而在这个处理过程中，如果其它信号到了，其它信号会丢失，之前也提到过，这些信号是不可靠信号，不可靠信号只会排队一个，如果只排队一个的话，那么最终能够处理两个子进程，所以，最后存在三个僵尸进程。

那为什么有时会有2个僵进程，有时又会有四个呢，这里来解释一下：

原因可能跟FIN(客户端在终止时，会向服务器发送FIN)到达的时机有关，服务器收到FIN的时候，返回等于0就退出了子进程，这时就会向服务器发送SIGCHLD信号，如果这些信号都是同时到达的话，那么就有可能只处理一个，这时就会出现了4个僵尸进程；如果不是同时到达，handle_sigchld()函数就会执行多次，如果被执行了两次，捕捉到了两个信号的话，那就此时就会出现3个僵进程，以此类推，但不管结果怎样，都是属于需要解决的情况。

那怎么解决此问题呢，可以用一个循环来做：

这时再编译运行：

好了，今天就学到这，下节见~~