Linux下的socket编程实践（三）端口复用和P2P多进程服务器
Linux下的socket编程实践（三）端口复用和P2P多进程服务器
Socket端口复用
先说为什么要使用socket端口复用？如果你遇到过这样的问题：server程序重启之后,无法连接,需要过一段时间才能连接上？
1.一个监听(listen)server已经启动
2.当有client有连接请求的时候,server产生一个子进程去处理该client的事物.
3.server主进程终止了,但是子进程还在占用该连接处理client的事情.虽然子进程终止了,但是由于子进程没有终止,该socket的引用计数不会为0，所以该socket不会被关闭.
4.server程序重启。
这个时候由于端口已经被占用，所以无法重新再bind，这也使得TIME_WAIT状态设计的原因之一。
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,
void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
const void *optval, socklen_t optlen);
SO_REUSEADDR允许同一个端口上绑定多个IP，只要这些IP不同。服务端尽可能使用SO_REUSEADDR,在绑定之前尽可能调用setsockopt来设置SO_REUSEADDR套接字选项。该选项可以使得server不必等待TIME_WAIT状态消失。
int setsockopt(
SOCKET s,
int level,
int optname,
const char* optval,
int optlen
);
s(套接字): 指向一个打开的套接口描述字
level:(级别)： 指定选项代码的类型。
SOL_SOCKET: 基本套接口
IPPROTO_IP: IPv4套接口
IPPROTO_IPV6: IPv6套接口
IPPROTO_TCP: TCP套接口
optname(选项名)： 选项名称
optval(选项值): 是一个指向变量的指针 类型：整形，套接口结构， 其他结构类型:linger{}, timeval{ }
optlen(选项长度) ：optval 的大小
在bind之前添加源码，支持端口复用：
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,
&on,sizeof(on)) == -1)
err_exit("setsockopt SO_REUSEADDR error");
另外，我想到一个问题：因为SO_REUSEADDR是为了应对重启server使用的，那么未使用选项的服务端在accept之后产生一个新的socket连接，那么这个连接真的会分配一个新的端口吗？当我实践之后却发现这些新的socket连接和bind的端口是一致的！！难道一个端口可以绑定多个套接字吗，当然不是，下面是分析：
首先，一个端口肯定只能绑定一个socket。我认为，服务器端的端口在bind的时候已经绑定到了监听套接字socetfd所描述的对象上，accept函数新创建的socket对象其实并没有进行端口的占有，而是复制了socetfd的本地IP和端口号，并且记录了连接过来的客户端的IP和端口号。
那么，当客户端发送数据过来的时候，究竟是与哪一个socket对象通信呢？
客户端发送过来的数据可以分为2种，一种是连接请求，一种是已经建立好连接后的数据传输。
由于TCP/IP协议栈是维护着一个接收和发送缓冲区的。在接收到来自客户端的数据包后，服务器端的TCP/IP协议栈应该会做如下处理：如果收到的是请求连接的数据包，则传给监听着连接请求端口的socetfd套接字，进行accept处理；如果是已经建立过连接后的客户端数据包，则将数据放入接收缓冲区。这样，当服务器端需要读取指定客户端的数据时，则可以利用socketfd_new 套接字通过recv或者read函数到缓冲区里面去取指定的数据（因为socketfd_new代表的socket对象记录了客户端IP和端口，因此可以鉴别）。
在解决这个问题的时候，参考了博客 http://ticktick.blog.51cto.com/823160/779866
处理多客户连接：
void echo(int clientfd);
int main()
{
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1)
ERR_EXIT("socket error");
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,
&on,sizeof(on)) == -1) //应对重启server，端口复用
ERR_EXIT("setsockopt SO_REUSEADDR error");
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8001);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if (bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1)
ERR_EXIT("bind error");
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
ERR_EXIT("listen error");
struct sockaddr_in clientAddr;
socklen_t addrLen = sizeof(clientAddr);
while (true)
{
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientAddr, &addrLen);
if (clientfd == -1)
ERR_EXIT("accept error");
//打印客户IP地址与端口号
cout << "Client information: " << inet_ntoa(clientAddr.sin_addr)
<< ", " << ntohs(clientAddr.sin_port) << endl;
pid_t pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork error");
else if (pid > 0)
close(clientfd);
//子进程处理链接
else if (pid == 0)
{
close(listenfd);
echo(clientfd);
//子进程一定要exit, 否则的话, 该子进程也会回到accept处
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
close(listenfd);
}
void echo(int clientfd)
{
char buf[512] = {0};
int readBytes;
while ((readBytes = read(clientfd, buf, sizeof(buf))) > 0)
{
cout << buf;
if (write(clientfd, buf, readBytes) == -1)
ERR_EXIT("write socket error");
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
if (readBytes == 0)
{
cerr << "client connect closed..." << endl;
close(clientfd);
}
else if (readBytes == -1)
ERR_EXIT("read socket error");
}
简单的P2P聊天程序的实现
server端与client都有两个进程:
(1)父进程负责从socket中读取数据将其写至终端, 由于父进程使用的是read系统调用的阻塞版本, 因此如果socket中没有数据的话, 父进程会一直阻塞; 如果read返回0, 表示对端连接关闭, 则父进程会发送SIGUSR1信号给子进程, 通知其退出;
(2)子进程负责从键盘读取数据将其写入socket, 如果键盘没有数据的话, 则fgets调用会一直阻塞;
//server端代码
void sigHandler(int signo)
{
cout << "recv a signal = " << signo << endl;
exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main()
{
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1)
ERR_EXIT("socket error");
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,
&on,sizeof(on)) == -1)
ERR_EXIT("setsockopt SO_REUSEADDR error");
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8001);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if (bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1)
ERR_EXIT("bind error");
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
ERR_EXIT("listen error");
struct sockaddr_in clientAddr;
socklen_t addrLen = sizeof(clientAddr);
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientAddr, &addrLen);
if (clientfd == -1)
ERR_EXIT("accept error");
close(listenfd);
//打印客户IP地址与端口号
cout << "Client information: " << inet_ntoa(clientAddr.sin_addr)
<< ", " << ntohs(clientAddr.sin_port) << endl;
char buf[512] = {0};
pid_t pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork error");
//父进程: socket -> terminal
else if (pid > 0)
{
int readBytes;
while ((readBytes = read(clientfd, buf, sizeof(buf))) > 0)
{
cout << buf;
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
if (readBytes == 0)
cout << "client connect closed...\nserver exiting..." << endl;
else if (readBytes == -1)
ERR_EXIT("read socket error");
//通知子进程退出
kill(pid, SIGUSR1);
}
//子进程: keyboard -> socket
else if (pid == 0)
{
signal(SIGUSR1, sigHandler);
while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
{
if (write(clientfd, buf, strlen(buf)) == -1)
err_exit("write socket error");
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
close(clientfd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
//client端代码与说明
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1)
ERR_EXIT("socket error");
//填写服务器端口号与IP地址
struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(8001);
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if (connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1)
ERR_EXIT("connect error");
char buf[512] = {0};
pid_t pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork error");
//父进程: socket -> terminal
else if (pid > 0)
{
int readBytes;
while ((readBytes = read(sockfd, buf, sizeof(buf))) > 0)
{
cout << buf;
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
if (readBytes == 0)
cout << "server connect closed...\nclient exiting..." << endl;
else if (readBytes == -1)
ERR_EXIT("read socket error");
kill(pid, SIGUSR1);
}
//子进程: keyboard -> socket
else if (pid == 0)
{
signal(SIGUSR1, sigHandler);
while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
{
if (write(sockfd, buf, strlen(buf)) == -1)
ERR_EXIT("write socket error");
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
close(sockfd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
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