UNP卷1：第五章（TCP客户/服务器程序示例）
最后更新于：2022-04-01 14:48:58
## 1. 经典的回射程序
### 1) 服务器程序srv.c
~~~
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#define MAXLINE 1024
#define SA struct sockaddr
void str_echo(int sockfd);
int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
int buff[MAXLINE];
pid_t pid;
struct sockaddr_in servaddr;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliLen;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(9877);
bind(listenfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));
listen(listenfd, 5);
for ( ; ; ){
cliLen = sizeof(cliaddr);
connfd = accept(listenfd, (SA *)&cliaddr, &cliLen);
if ((pid = fork()) == 0){
close(listenfd);
str_echo(connfd);
_exit(0);
}
if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid){
printf("waitpid error\n");
exit(1);
}
close(connfd);
}
return 0;
}
void str_echo(int sockfd)
{
ssize_t n;
char buf[MAXLINE];
again:
while ((n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0){
buf[n] = '\0';
write(sockfd, buf, n);
}
if (n < 0 && errno == EINTR)
goto again;
else if (n < 0)
printf("str_echo:read error\n");
}维护子进程的信息，以便父进程在以后某个时候获取。这些信息包括子进程的进程ID，终止状
~~~
### 2) 客户端程序cli.c
~~~
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#define MAXLINE 1024
#define SA struct sockaddr
void str_cli(FILE *fp, int sockfd);
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, n;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[MAXLINE + 1];
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliLen;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(9877);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
connect(sockfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));
str_cli(stdin, sockfd);
return 0;
}
void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){
write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
if (read(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0){
printf("str_cli:server terminated prematurely\n");
return;
}
fputs(recvline, stdout);
}
}
~~~
### 3）程序运行
### （1）服务器后台启动
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./srv &
[1] 3932
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
~~~
### （2）启动客户端，并且键入一行文本
客户端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./cli 127.0.0.1
hello world
hello world
~~~
服务端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
tcp 0 0 localhost:9877 localhost:43399 ESTABLISHED
tcp 0 0 localhost:43399 localhost:9877 ESTABLISHED
~~~
### （3）客户端终止
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
tcp 0 0 localhost:43399 localhost:9877 TIME_WAIT
~~~
## 2. 处理信号
### 1） POSIX信号处理
信号就是告知某个进程发生了某个事件的通知，有时也称为软件中断。信号通常是异步发生的，也就是说进程预先不知道信号的准确发生时刻。
信号可以：
（1）由一个进程发给另一个进程。
（2）由内核发给某个进程。
每个信号都有一个与之关联的处置，也称为行为：
（1）我们可以提供一个函数，只要有特定信号发生它就会被调用。这样的函数称为信号处理函数，这种行为称为捕获信号。有两个信号不能被捕获，它们是SIGKILL和SIGSTOP。信号处理函数由信号值这个单一的整数参数来调用，且没有返回值，其函数原型如下：
~~~
void handler( int signo );
~~~
（2）我们可以把某个信号的处置设定为SIG_IGN来忽略它。SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被忽略。
（3）我们可以把某个信号的处置设定为SIG_DFL来启用它的默认处置。
### 2） 处理SIGCHLD信号
设置僵尸状态的目的是维护子进程的信息，以便父进程在以后某个时候获取。这些信息包括子进程的进程ID，终止状态以及资源利用信息。如果一个进程终止，而该进程有子进程处于僵尸状态，那么它的所有僵尸子进程的父进程ID将被重置为1（init进程）。继承这些子进程的init进程将清理它们。
而僵尸进程出现时间是在子进程终止后，但是父进程尚未读取这些数据之前。所有解决之道就是保证父进程处理这些数据，我们可以通过wait或者waitpid函数来达到这个要求。
由于子进程的终止必然会产生信号SIGCHLD信号，所以重写TCP服务器程序最终版本：
### （1）服务器程序srv.c
~~~
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#define MAXLINE 1024
#define SA struct sockaddr
void sig_chld(int signo);
typedef void Sigfunc(int);
Sigfunc *Signal(int signo, Sigfunc *func);
void str_echo(int sockfd);
int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
pid_t childpid;
socklen_t clilen;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(9877);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bind(listenfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));
listen(listenfd, 5);
Signal(SIGCHLD, sig_chld);
for ( ; ; ){
clilen = sizeof(cliaddr);
if ((connfd = accept(listenfd, (SA *)&cliaddr, &clilen)) < 0){
if (errno == EINTR)
continue;
else{
printf("accept error\n");
exit(-1);
}
}
if ((childpid = fork()) == 0){
close(listenfd);
str_echo(connfd);
exit(0);
}
close(connfd);
}
return 0;
}
void sig_chld(int signo)
{
pid_t pid;
int stat;
while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
printf("child %d terminated\n", pid);
return;
}
Sigfunc *Signal(int signo, Sigfunc *func)
{
struct sigaction act, oact;
act.sa_handler = func;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
if (signo == SIGALRM){
#ifdef SA_INTERRUPT
act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
#endif
} else {
#ifdef SA_RESTART
act.sa_flags |= SA_RESTART;
#endif
}
if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
return (SIG_ERR);
return (oact.sa_handler);
}
void str_echo(int sockfd)
{
char buff[MAXLINE];
int n;
for ( ; ; ){
if ((n = read(sockfd, buff, MAXLINE)) > 0){
buff[n] = '\0';
write(sockfd, buff, n);
}
else if (n < 0 && errno == EINTR)
continue;
else if (n < 0){
printf("str_echo:read error\n");
return;
}
else if (n == 0){
break;
}
}
}
~~~
### （2）客户端测试程序cli.c
~~~
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#define MAXLINE 1024
#define SA struct sockaddr
void str_cli(FILE *fp, int sockfd);
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd[5], n;
struct sockaddr_in servaddr;
struct sockaddr_in cliaddr;
int i;
for (i = 0; i < 5; i++){
sockfd[i] = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(9877);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
connect(sockfd[i], (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));
}
str_cli(stdin, sockfd[0]);
return 0;
}
void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){
write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
if (read(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0){
printf("str_cli:server terminated prematurely\n");
return;
}
fputs(recvline, stdout);
}
}
~~~
程序输出如下：
客户端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./cli 127.0.0.1
hello world
hello world
^C
~~~
服务端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./srv
child 9831 terminated
child 9835 terminated
child 9832 terminated
child 9833 terminated
child 9834 terminated
^C
~~~
### 3） 测试僵尸进程的产生
test.c:
~~~
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
int main( void )
{
pid_t pid;
if ( ( pid = fork() ) == 0 ){
printf("child:%d\n", getpid());
exit(0);
}
sleep( 20 );
if ( pid > 0 ){
printf("parent:%d\n", getpid() );
}
return 0;
}
~~~
程序运行：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./a.out
child:14447
parent:14446
~~~
在显示child:14447而尚未显示parent:14446(即20秒的睡眠时间)，我们执行如下命令：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ps -eo state,pid,cmd | grep '^Z'
Z 14447 [a.out] <defunct>
~~~
发现子进程14447果真称为僵尸进程。但是过了20秒后，再次执行时候，则没有任何数据，说明僵尸进程已经被父进程杀死了（就是父进程读取了子进程的数据）
### 4） 服务器进程终止
具体操作如下：
### 1）运行服务器程序，运行客户端程序：
服务端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./tcpserv
~~~
客户端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./tcpcli 127.0.0.1
hello
hello
~~~
监视端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
tcp 0 0 localhost:37935 localhost:9877 ESTABLISHED
tcp 0 0 localhost:9877 localhost:37935 ESTABLISHED
~~~
### 2） 终止服务器程序（先终止服务器程序，然后执行监视端，再执行客户端，再执行监视端）
监视端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
tcp 0 0 localhost:9877 localhost:37953 FIN_WAIT2
tcp 1 0 localhost:37953 localhost:9877 CLOSE_WAIT
~~~
客户端：
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ ./tcpcli 127.0.0.1
hello
hello
world
str_cli error
~~~
监视端：（无任何输出，说明客户端进程已经终止，这里终止是产生了信号，强行终止）
来自UNP上的解释是：当一个进程向某个已收到RST的套接字执行写操作时，内核向该进程发送一个SIGPIPE信号。该信号的默认行为是终止进程，因此进程必须捕获它以免不情愿的被终止。
~~~
leichaojian@ThinkPad-T430i:~$ netstat -a | grep 9877
~~~
### 3） 问题出在哪里？
当服务端的FIN到达套接字时，客户正阻塞与fgets调用上。客户实际上在应对两个描述符--套接字和用户输入，它不能单纯阻塞在这两个源中的某个特定源的输入上（正如目前编写的str_cli函数所为），而是应该阻塞在其中任何一个源的输入上，这正是select和poll这两个函数的目的之一。