TCP服务器C语言实现

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参考链接：https://www.geeksforgeeks.org/tcp-server-client-implementation-in-c/

建立HTTP服务器的流程都是一样的，可以参考TCP Server的建立过程，因为Http是基于Tcp协议的，底层的原理都是相通的，参考了man手册大概介绍一下。

创建socket

创建socket，此时会返回一个描述符，头文件为#include <sys/socket.h>，函数原型为int socket(int domain, int type, int protocol);，domain参数指明通信将在哪个通信族发生，一般选PF_INET即Iternet版本4协议，socket参数指明通信的类型，可选择SOCK_STREAM／SOCK_DGRAM／SOCK_RAW，SOCK_STREAM类型提供基于序列的，可靠的，双向连接的字节流，可以支持带外数据传输机制，指的是TCP。 SOCK_DGRAM套接字支持数据报（无连接，不可靠的最大固定长度（通常很小）的消息），指的是UDP。 SOCK_RAW套接字提供对内部网络协议和接口的访问，仅超级用户可用。protocal协议指明与套接字使用的特定的协议，一般填0即可。
SOCK_STREAM类型的套接字是全双工字节流，类似于管道。 流套接字必须处于连接状态，然后才能在其上发送或接收任何数据。 通过connect或connectx调用创建与另一个套接字的连接。 连接后，可以使用read和write调用或send和recv调用的某些变型函数传输数据。 当会话已完成时，可以执行close。 带外数据也可以按照send中的说明进行发送，也可以按照recv中的说明进行接收。
如果发生错误，则返回-1，否则返回值是引用套接字的描述符。
所以可以这么写：

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// socket create and verification 
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
if (sockfd == -1) { 
    printf("socket creation failed...\n"); 
    exit(0); 
} 
else
    printf("Socket successfully created..\n");

绑定服务器的地址和端口

绑定服务器的地址和端口，原型函数为：int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);，bind()为未命名的套接字分配一个名称。 使用socket创建套接字时，该套接字存在于名称空间（地址族）中，但未分配名称，bind()请求将该地址分配给套接字。在UNIX域中绑定名称会在文件系统中创建一个套接字，当不再需要该套接字时，调用方必须将其删除（使用unlink）。成功完成后，将返回值0。 否则，将返回值-1，并将全局整数变量errno设置为该指示错误。
参考实现：

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struct sockaddr_in servaddr;
// assign IP, PORT 
servaddr.sin_family = AF_INET; 
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
servaddr.sin_port = htons(PORT);
// Binding newly created socket to given IP and verification 
if ((bind(sockfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr))) != 0) { 
    printf("socket bind failed...\n"); 
    exit(0); 
} 
else
    printf("Socket successfully binded..\n");

查看sys/socket.h，netinet/in.h，apr_network_io.h文件，其中sockaddr、socketaddr_in结构体的定义为：

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/*
 * [XSI] Structure used by kernel to store most addresses.
 */
struct sockaddr {
    __uint8_t   sa_len;     /* total length */
    sa_family_t sa_family;  /* [XSI] address family */
    char        sa_data[14];    /* [XSI] addr value (actually larger) */
};
/*
 * Socket address, internet style.
 */
struct sockaddr_in {
    __uint8_t   sin_len;
    sa_family_t sin_family;
    in_port_t   sin_port;
    struct  in_addr sin_addr;
    char        sin_zero[8];
};
/**
 * We need to make sure we always have an in_addr type, so APR will just
 * define it ourselves, if the platform doesn't provide it.
 */
struct in_addr {
    apr_uint32_t  s_addr; /**< storage to hold the IP# */
};

开启监听

开启监听，监听套接字上的连接，函数原型为int listen(int socket, int backlog);，listen()调用仅适用于SOCK_STREAM类型的套接字。
backlog参数定义未决连接队列的最大长度，表示该服务端支持的最大连接数。如果连接请求在队列已满的情况下到达，则客户端可能会收到带有ECONNREFUSED指示的错误。 如果基础协议支持重传，则可以忽略该请求，以便重试可以成功。
如果成功，listen()函数将返回值0；否则，返回0。 否则，将返回值-1，并且将全局变量errno设置为该指示错误。
参考实现：

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// Now server is ready to listen and verification 
if ((listen(sockfd, 5)) != 0) { 
    printf("Listen failed...\n"); 
    exit(0); 
} 
else
    printf("Server listening..\n");

接受连接

https://hackernoon.com/tcp-three-way-handshake-4161eb8aba32

接受连接，此过程发生在三次握手之后，函数原型为：int accept(int socket, struct sockaddr restrict address, socklen_t restrict address_len);，参数socket是使用socket创建的套接字，并使用bind绑定到地址，并在listen之后监听连接。 accept()提取未决连接队列上(队列的大小为backlog)的第一个连接请求，创建具有与套接字相同属性的新套接字，并为套接字分配新的文件描述符。 如果队列上没有待处理的连接，并且套接字没有标记为非阻塞，则accept()会阻塞调用者，直到出现连接为止。 如果套接字被标记为非阻塞并且队列上没有挂起的连接，则accept()将返回错误。
参数address是一个结果参数，该参数填充有通信层所知的连接实体的地址，即发起连接的客户端的地址。地址参数的确切格式由发生通信的域确定。address_len是一个值结果参数； 它最初应包含地址指向的空间量；返回时，它将包含返回地址的实际长度（以字节为单位）。该调用与基于连接的套接字类型一起使用，当前与SOCK_STREAM一起使用。
调用将在错误时返回-1，并将全局变量errno设置为指示错误。如果成功，则返回非负整数，该整数是已接受套接字的描述符。
如下所示，有两个队列：SYN队列（或不完整的连接队列）和接受队列（或完整的连接队列）。在三向握手中，服务器从客户端接收到SYN数据包后，将连接信息放置在SYN队列中，并将SYN-ACK数据包发送回客户端。然后，服务器从客户端接收ACK数据包。 如果接受队列未满，则应该从SYN队列中删除信息并将其放入接受队列。
三次握手与socket
此时，如果接受队列已满且tcp_abort_on_overflow为0，则服务器将在一定时间后再次向客户端发送SYN-ACK数据包（换句话说，它重复握手的第二步）。 如果客户端经历了短暂的超时，则很容易遇到客户端异常。
有几种方式可以检测接受队列是否满了，netstat -s | egrep “listen|LISTEN”，隔一段时间运行一下，看下溢出的次数是否有增加。或者直接通过ss -lnt查看当前队列值有多少了。就像ss命令一样，也可以通过netstat命令显示Send-Q和Recv-Q。 但是，如果连接未处于“侦听”状态，则Recv-Q表示接收到的数据仍在高速缓存中，并且尚未被进程读取。 该值表示该进程尚未读取的字节。 发送是远程主机尚未确认的发送队列中的字节数。重要的是要注意，netstat -tn显示的Recv-Q数据与接受队列或SYN队列无关。 这里必须强调这一点，以免将其与ss -lnt所示的Recv-Q数据混淆。
接受队列的大小取决于min（backlog，somaxconn）。 创建套接字时将传递backlog，因此somaxconn是操作系统级别的系统参数。SYN队列的大小取决于max（64，/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog），不同版本的OS可能不同。
参考实现：

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struct sockaddr_in cli; 
int len = sizeof(cli); 
// Accept the data packet from client and verification 
connfd = accept(sockfd, (SA*)&cli, &len); 
if (connfd < 0) { 
    printf("server acccept failed...\n"); 
    exit(0); 
} 
else
    printf("server acccept the client...\n");

数据收发

数据收发，建立连接后就可以进行通信了，注意需要基于accept后的新的套接字进行操作。参考实现如下：

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// Function designed for chat between client and server. 
void func(int sockfd) 
{ 
    char buff[MAX]; 
    int n; 
    // infinite loop for chat 
    for (;;) { 
        bzero(buff, MAX); 
  
        // read the message from client and copy it in buffer 
        read(sockfd, buff, sizeof(buff)); 
        // print buffer which contains the client contents 
        printf("From client: %s\t To client : ", buff); 
        bzero(buff, MAX); 
        n = 0; 
        // copy server message in the buffer 
        while ((buff[n++] = getchar()) != '\n') 
            ; 
  
        // and send that buffer to client 
        write(sockfd, buff, sizeof(buff)); 
  
        // if msg contains "Exit" then server exit and chat ended. 
        if (strncmp("exit", buff, 4) == 0) { 
            printf("Server Exit...\n"); 
            break; 
        } 
    } 
}

关闭连接

关闭连接，头文件为#include <unistd.h>，函数原型为int close(int fildes);，在套接字的最后一次关闭时，关联的命名信息和排队的数据将被丢弃；当进程退出时，将释放所有关联的文件描述符，但是由于每个进程的活动描述符受到限制，因此在处理大量文件描述符时，close()函数调用非常有用，也就是说虽然进程退出时会自动释放该文件描述符，但是最后还是调用close()保险一点。成功完成后，将返回值0。 否则，将返回值-1并将全局整数变量errno设置为指示错误。

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// After chatting close the socket 
close(sockfd);

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