絮叨

       讲解CS通信之前，先大致了解一下我们平时手机通话的流程。语音信号经过脉冲采样变成数字信号，通过手机GSM模块发送无线信号至基站进入无线接入网，根据对方手机号查询数据库后通过骨干路由器转入核心网，一连串中转之后发送到对端所属的小区，找一条空闲线路接通对方。

       网络通信类似，但是也有不同，电话信号只能维持一条连接，而一个服务端可以维持多条连接，像双十一淘宝OceanBase就达到了一千万QPS的并发量。

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基础知识

了解APP通信首先要了解socket的含义。Socket是一种进程通信方式，可用于多主机之间的通信，IP地址（对应主机）和端口（对应进程）就确定了一个socket，类似于电话的插座。下面我们来实现一个基础网络示例：客户端从标准输入读取文本，发送给服务器；服务器接收后原文返回给客户端，客户端输出到标准输出。

注：标准输入STDIN位于 /dev/stdin ,一般为键盘输入，fd为0；标准输出STDOUT位于/dev/stdout，一般为终端显示器，fd为1；标准错误 STDERR位于/dev/stderr，fd为2。

       TCP客户/服务端程序基本流程如下：

服务端处理流程

服务端程序如下：

#include<sys/socket.h> /* basic socket definitions */ int main(int argc, char **argv) { int listenfd,connfd; pid_t childpid; socklen_t clilen; struct sockaddr_incliaddr, servaddr; listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0); //创建套接字，监听端口 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //绑定本机地址 Listen(listenfd, LISTENQ); //监听 for ( ; ; ) { clilen = sizeof(cliaddr); connfd = Accept(listenfd, (structsockaddr *) &cliaddr, &clilen); //阻塞等待客户端SYN报文 if ( (childpid = Fork()) == 0) { /* fork一个子进程专门处理接入的客户端 */ Close(listenfd); /* 子进程关闭监听端口 */ str_echo(connfd); /* 子进程发送请求 */ exit(0); } Close(connfd); /* 父进程关闭连接端口 */ } }

下面分析一下服务端状态机流程：

服务端创建一个监听套接字并绑定本机知名端口（如80、8080http端口），本机地址设置为INADDR_ANY是为了任何本地接口的连接都接收，一般为多网卡的场景。之后服务端阻塞在accpt调用，使用fork为每个客户端专门分配一个子进程，父进程继续监听接入的客户端。

对于已连接的客户端，使用str_echo读入客户端发送过来的数据，并直接返回回去。

void str_echo(intsockfd) { ssize_t n; char buf[MAXLINE]; again: while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE))> 0) //从标准输入读取数据 Writen(sockfd, buf, n); //发送至服务端 // while循环退出说明接收到FIN包，客户端完成了数据发送 if (n < 0 && errno == EINTR) goto again; //被信号打断，继续读取 else if (n < 0) err_sys("str_echo: readerror"); //遇到其他错误结束运行 }

客户端处理流程

下面给出客户端处理状态机（省略部分socket异常处理）：

str_cli处理逻辑如下：

void str_cli(FILE* fp, int sockfd) { charsendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE]; while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) !=NULL) { //从fp读入数据 Writen(sockfd, sendline,strlen(sendline)); //发送给服务器 if (Readline(sockfd, recvline,MAXLINE) == 0) //接收服务器发送过来的数据 err_quit("str_cli:server terminated prematurely"); //如果为0，说明服务端已关闭连接 fputs(recvline, stdout); //将接收到的数据输出到终端 } //文件读取结束时fgets返回NULL，while退出 }

运行客户端/服务端程序

服务器启动后，在客户端连接之前，使用netstat -a检查主机监听套接字状态如下：

Proto Local Address Foreign Address State TCP *:9877 *:* LISTEN

来启动客户端并指定服务器地址127.0.0.1（本地环回地址），客户端在connect函数中完成TCP三次握手流程，之后服务端从accept中返回，一条数据通道建立。

服务端这边握手流程较为复杂，用简图表示如下：

连接建立后，客户端阻塞于fgets等待接收键盘输入，服务端进程从accept返回后调用fork创建一个子进程专门负责这条连接，父进程继续阻塞在accept上监听新客户端的到来。此时，三个进程都阻塞：客户端进程、服务器父进程、服务器子进程。

注1：一个程序不等于一个进程，像淘宝，除了主进程进行各种数据处理外，还有push进程作为维持客户端和服务器的长连接通信，用于发送心跳包和推送消息。

注2：建立连接时，客户端阻塞在connect上，收到服务器的SYN/ACK报文即返回，而服务器需要收到ACK报文才返回，两边阻塞时间差了半个RTT。

使用netstat -a观察现在连接情况：

Proto Local Address Foreign Address State TCP localhost:9877 localhost:47512 ESTABLISHED //服务器 TCP localhost:47512 localhost:9877 ESTABLISHED //客户端 TCP *:9877 *:* LISTEN //服务器父进程

这里除了通过TCP四次挥手正常终止连接，还可以发送信号kill -9 pid终止进程。信号的处理后续剖析~

上述程序对服务器主机崩溃、主机重启、主机关机及客户端主机崩溃等异常情况都做了保护，这也是我们平时写需要注意程序健壮性的地方。