c++ 网络编程（二） linux 下多进程socket通信 多个客户端与单个服务端交互代码实现回声服务器

原文作者：aircraft

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本网络编程入门系列博客是连载学习的，有兴趣的可以看我博客其他篇。。。。c++ 网络编程课设入门超详细教程 ---目录

锲子-- 预备知识优雅的关闭套接字连接：

基于TCP的半关闭

TCP中的断开连接过程比建立连接过程更重要，因为建立连接过程一般不会出现什么大的变数，但断开过程就有可能发生预想不到的情况，因此要准确的掌控。

• 单方面断开连接带来的问题
  Linux的close函数和Windows的closesocket函数是完全断开连接。完全断开是指无法传输数据也不能接收数据。因此，一方这样直接断开连接就显得不太优雅了。如：主机A发送完最后的数据后，调用close函数单方断开了连接，那么最终，由主机B传输的，主机A必须接收的确认数据也销毁了(四次握手)。
  为了解决这类问题，我们一般采用半关闭的方法，这是指可以传输数据但无法接收，或可以接收数据但无法传输。就是只关闭流的一半。

• 套接字和流(Stream)
  两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态，我们把这种状态看作一种流。如流水一样，水朝一个方向流动，同样，在套接字的流中，数据也只能向一个方向移动。示例图如下：
  
  一旦两台主机建立了套接字连接，每个主机就会拥有单独的输入流和输出流。如图，其中一个主机的输入流与另一主机的输出流相连，而输出流则与另一主机的输入流相连。我们这章讲的优雅断开连接其实就是断开其中1个流，而非同时断开两个流。

• 针对优雅断开的shutdown函数

int shutdown(int sock, int howto);
sock：需要断开的套接字文件描述符
howto：断开连接的方式，有三种：SHUT_RD：断开输入流，SHUT_WR：断开输出流，SHUT_RDWR：同时断开

LINUX下：

一.服务端代码

下面用了多个close来关闭文件描述符，可能有的小伙伴会有疑惑。。。。我就说一句，创建进程的时候会把父进程的资源都复制 一份，而你这个子进程只需要保留自己需要处理的资源，其他的自然要关闭掉，

不然父亲一个儿子一个 待会打起来怎么办  嘿嘿

注意了：就像进程间的通信需要属于操作系统的资源管道来进行，套接字也属于操作系统，所以创建新进程也还是只有原来的那个，复制的资源只不过是文件描述符而已，我们关闭的也是这个文件描述符

//基于多进程的并发服务器实现
//注：子进程会复制父进程拥有的所有资源
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
 
#define BUF_SIZE 30
 
void error_handling(char *message);
void read_childproc(int sig);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
  //定义TCP连接变量
  int serv_sock;
  int clnt_sock;
  struct sockaddr_in serv_addr;
  struct sockaddr_in clnt_addr;
  socklen_t clnt_addr_size;
  int str_len;
  char buf[BUF_SIZE];
  //定义信号处理变量
  pid_t pid;
  struct sigaction act;
  int state;
  
  if(argc!=2)
  {
    exit(1);
  }
  //配置信号处理函数
  act.sa_handler=read_childproc;
  sigemptyset(&act.sa_mask);
  act.sa_flags=0;
  sigaction(SIGCHLD, &act, 0);
  
  //TCP套接字配置
  serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if(serv_sock == -1)
    error_handling("socket error!");
 
  memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
  serv_addr.sin_family = AF_INET;    //IPV4协议族
  serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    //主机字节序（host）转换成网络字节序（net）（大端序）
  serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));    //端口号
  if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
    error_handling("bind error");
 
  if(listen(serv_sock, 5) == -1)
    error_handling("listen error");
  
  while(1)
  {
    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*) &clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if(clnt_sock == -1)
      continue;
    else
      puts("new client connected...");
    
    pid=fork();    //创建新进程
    if(pid==-1)
    {
      close(clnt_sock);
      continue;
    }
    if(pid==0)    //子进程运行区域
    {
      close(serv_sock);    //在子进程中要关闭服务器套接字文件描述符
      while((str_len=read(clnt_sock, buf, BUF_SIZE))!=0)
    write(clnt_sock, buf, str_len);
      
      close(clnt_sock);//执行完关闭自己的文件描述符
      puts("client disconnected...");
      return 0;
    }
    else    //父进程运行区域
    {
      //调用fork函数后，要将无关的套接字文件描述符关闭掉
      close(clnt_sock);
    }
  }
  
  close(serv_sock);
  return 0;
}
 
void error_handling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('
', stderr);
  exit(1);
}
 
//一旦有子进程结束就调用这个函数
void read_childproc(int sig)
{
  int status;
  pid_t id=waitpid(-1, &status, WNOHANG);//等待子进程终止
  if(WIFEXITED(status))
  {
    printf("remove proc id: %d 
", id);
    printf("child send: %d 
", WEXITSTATUS(status));
  }
}

二.客户端代码

这里说一下这里用多进程分割I/O（输入/输出）,是为了代码的分割提高程序优化，在输入数据的时候不需要考虑输出，在一个地方不用写两个地方的代码，虽然代码可能变多了，但是程序确实优化了，老经验的程序员就能体会到了

然后为什么write_routine里还要调用shutdown给服务端传输EOF，MAIN函数最后不是有close可以向服务端发送吗？？？  这是因为我们创建了子进程，没有办法通过一次调用close传递EOF，不然会出大问题的！！  所以自己在子进程里手工调用shutdown发送EOF，告诉服务端：“嘿哥们，我差不多要凉凉了      下辈子有缘再见吧QAQ”  哈哈哈哈哈哈哈

//分割IO实现分割数据的收发过程
//父进程负责接收，子进程负责发送
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
 
#define BUF_SIZE 30
 
void error_handling(char *message);
void read_routine(int sock, char *buf);
void write_routine(int sock, char *buf);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
  int sock;
  pid_t pid;
  struct sockaddr_in serv_addr;
  int str_len;
  char buf[BUF_SIZE];
  
  if(argc!=3)
  {
    exit(1);
  }
  
  sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if(sock == -1)
    error_handling("socket error!");
  
  memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
  serv_addr.sin_family = AF_INET;
  serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
  serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
 
  if(connect(sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
    error_handling("connect error");
  else
    puts("Connected.....");
  
  pid=fork();
  if(pid==0)    //子进程写
    write_routine(sock, buf);
  else    //父进程读
    read_routine(sock, buf);
  
  close(sock);
  return 0;
}
 
void error_handling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('
', stderr);
  exit(1);
}
 
//这里实现读入有关代码
void read_routine(int sock, char* buf)
{
  while(1)
  {
    int str_len=read(sock, buf, BUF_SIZE);
    if(str_len==0)
      return;    //接受到EOF结束符时返回
    
    buf[str_len]=0;
    printf("message from server: %s 
", buf);
  }
}
 
//这里负责实现输出有关代码
void write_routine(int sock, char* buf)
{
  while(1)
  {
    fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
    if(!strcmp(buf, "q
") || !strcmp(buf, "Q
"))
    {
      shutdown(sock, SHUT_WR);
      return;
    }
    write(sock, buf, strlen(buf));
  }
}

 同时多进程服务端也是有缺点的，每创建一个进程就代表大量的运算与内存空间占用，相互进程数据交换也很麻烦。。。那么怎么解决呢，在我后面的博客也许会给出答案-----hhhhhhh

最后说一句啦。本网络编程入门系列博客是连载学习的，有兴趣的可以看我博客其他篇。。。。c++ 网络编程课设入门超详细教程 ---目录

参考书籍《TCP/IP网络编程---尹圣雨》

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