网络编程学习——2
一、TCP连接与断开过程
1.三次握手
- 客户端发起（主动打开）：客户端处于
CLOSED状态，主动向服务端发送 SYN 报文（SYN=1，初始序列号seq=x），进入SYN-SENT状态，请求建立连接。- 服务端响应（被动打开）：服务端监听端口处于
LISTEN状态，收到 SYN 报文后，回复 SYN+ACK 报文（SYN=1, ACK=1，序列号seq=y，确认号ack=x+1），进入SYN-RCVD状态，同步客户端序列号并确认收到连接请求。- 客户端确认：客户端收到 SYN+ACK 报文后，发送 ACK 报文（
ACK=1，序列号seq=x+1，确认号ack=y+1），进入ESTABLISHED状态；服务端收到 ACK 后也进入ESTABLISHED状态。 至此，三次握手完成，双向连接建立，可开始数据传输。
2.四次挥手
- 客户端主动关闭：客户端处于
ESTABLISHED状态，发送 FIN 报文（FIN=1，序列号seq=u），进入FIN-WAIT-1状态，主动请求关闭连接。- 服务端响应（第一阶段确认）：服务端收到 FIN 报文后，回复 ACK 报文（
ACK=1，序列号seq=v，确认号ack=u+1），进入CLOSE-WAIT状态，告知客户端 “已收到关闭请求”；客户端收到 ACK 后进入FIN-WAIT-2状态，等待服务端关闭确认。- 服务端被动关闭：服务端处理完剩余数据、准备关闭时，发送 FIN+ACK 报文（
FIN=1, ACK=1，序列号seq=w，确认号ack=u+1），进入LAST-ACK状态，主动关闭连接。- 客户端最终确认：客户端收到 FIN+ACK 报文后，回复 ACK 报文（
ACK=1，序列号seq=u+1，确认号ack=w+1），进入TIME-WAIT状态（等待 2MSL 确保报文可靠传递）；服务端收到 ACK 后进入CLOSED状态；客户端等待超时后也进入CLOSED状态。 至此，四次挥手完成，连接彻底断开，释放资源。
3.关键设计意义：
- 三次握手通过 “同步序列号 + 双向确认”，避免历史残留连接干扰，确保连接可靠；
- 四次挥手通过 “两次 FIN+ACK 交互”，处理双向数据传输的收尾需求，保证双方数据完整关闭。
二、并发服务器
1.进程并发(流程)
1.创建套接字
2.绑定套接字
3.监听套接字
4.并发通信
while(1){
4.1被动等待连接
4.2创建一个进程 -> 子进程处理请求
}
注意：当 recv 返回 0 时，说明客户端已经退出
服务器就应该结束子进程，并且父进程回收子进程的资源
server.c
/*===============================================
* 文件名称：server_P.c
* 创 建 者：青木莲华
* 创建日期：2025年08月14日
* 描 述：并发——Server
================================================*/
#include "socket_head.h"
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
//回收进程函数
void handler_child(int arg)
{
wait(NULL);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
char buf[1024] = {0}; //缓冲区
int ret = -1; //recv返回值判断条件
signal(SIGCHLD,&handler_child); //处理子进程信号
//1.创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(-1 == sockfd)
{
perror("socket");
return -1;
}
//2.绑定套接字
//2.1 初始化结构体等参数
struct sockaddr_in addr;
//设置IP类型
addr.sin_family = AF_INET;
//设置端口
addr.sin_port = htons(5555);
//设置ip
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.6.174");
//2.2 使用bind函数绑定
if(-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr)))
{
perror("bind");
close(sockfd);
return -1;
}
//3.监听套接字
if(-1 == listen(sockfd,5))
{
perror("listen");
close(sockfd);
return -1;
}
printf("Server is waiting for connection\n");
socklen_t addrlen = sizeof(addr);
//4.并发
while(1)
{
int connfd = accept(sockfd ,(struct sockaddr *)&addr,&addrlen);
if(-1 == connfd)
{
perror("accept");
close(sockfd);
return -1;
}
pid_t pid = fork();
if(-1 == pid)
{
perror("fork");
close(connfd);
exit(0);
}
else if(0 == pid) //子进程
{
printf("A client connect. IP ：%s:%d\n",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
while(1)
{
ret = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);
if(-1 == ret)
{
perror("recv");
close(connfd);
exit(0);
}
else if(0 == ret)
{
printf("Client <%s:%d> has disconnected\n",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
close(connfd);
exit(0);
}
puts(buf);
}
}
}
return 0;
}
测试结果
2.线程并发
1.创建套接字
2.绑定套接字
3.监听套接字
while(1){
4.被动等待连接
5.创建线程
6.线程分离(自动回收)
}
server
/*===============================================
* 文件名称：server_thread.c
* 创 建 者：青木莲华
* 创建日期：2025年08月14日
* 描 述：并发——Server 线程实现
================================================*/
#include "socket_head.h"
#include <sys/types.h>
#include <pthread.h>
//线程函数(用于多线程通信)
void *handler_thread(void *arg)
{
char buf[1024] = {0}; //缓冲区
int ret = -1; //recv返回值判断条件
int connfd = (int ) arg; //已经建立连接的套接字文件描述符
while(1)
{
ret = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);
if(-1 == ret)
{
printf("Connection of %d has recv error!\n",connfd);
continue;
}
if(0 == ret)
{
printf("Connection of %d has disconnected!\n",connfd);
break;
}
puts(buf);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
//1.创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(-1 == sockfd)
{
perror("socket");
return -1;
}
//2.绑定套接字
//2.1 初始化结构体等参数
struct sockaddr_in addr;
//设置IP类型
addr.sin_family = AF_INET;
//设置端口
addr.sin_port = htons(5555);
//设置ip
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.6.174");
//2.2 使用bind函数绑定
if(-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr)))
{
perror("bind");
close(sockfd);
return -1;
}
//3.监听套接字
if(-1 == listen(sockfd,5))
{
perror("listen");
close(sockfd);
return -1;
}
printf("Server is waiting for connection\n");
socklen_t addrlen = sizeof(addr);
//4.并发
while(1)
{
int connfd = accept(sockfd ,(struct sockaddr *)&addr,&addrlen);
if(-1 == connfd)
{
perror("accept");
close(sockfd);
return -1;
}
printf("Client of %d has connected , IP : <%s:%d> \n",connfd,inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
pthread_t thread;
if(0 != pthread_create(&thread,NULL,handler_thread,(void *)connfd))
{
printf("<%s:%d> this client's pthread can't create!\n",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
}
else
pthread_detach(thread);
}
close(sockfd);
return 0;
}
3.速度：
进程创建和消亡开销比较大，速度慢(连接/断开连接)
线程通信简单
进程稳定性更高
三、IO模型
阻塞 简单
非阻塞 需要轮询
信号 触发机制
IO多路复用 select < poll < epoll
IO多路复用
1. 位图(核心机制)
在 IO 多路复用中，位图是一种高效管理文件描述符（FD）状态的数据结构，其核心原理是通过二进制位（bit）的状态来标记
文件描述符的 “是否被关注” 或 “是否就绪”。
每个二进制位（bit）对应一个文件描述符（FD）。
位的值（0 或 1）表示状态 1——表示该文件描述符被 “关注”（如需要监听其可读 / 可写事件），或已 “就绪”（如数据已到达）。
0——表示该文件描述符未被关注，或未就绪。
核心原理：高效的位运算操作 位图的高效性源于位运算的快速性（CPU 原生支持，单条指令即可操作多个位）
fd_set的操作函数本质都是对位图的位运算
操作函数 位运算逻辑（示例） 作用 FD_ZERO(set)将位图所有位设为 0 清空集合，初始化监听列表 FD_SET(fd,set)将第 fd位设为 1添 FD 到监听列表 FD_CLR(fd,set)将第 fd位设为 0从监听列表移除 FD FD_ISSET(fd,set)检查第 fd位是否为 1判断 FD 是否就绪
FD_ISSET函数返回值：0 未就绪 ， 非0 就绪
2.select函数
函数功能
select函数是一种 I/O 多路复用机制，用于检测多个文件描述符（如套接字、管道等）的状态，从而实现同时处理多个 I/O操作，避免程序阻塞在单一的 I/O 操作上，提升程序的并发处理能力。
函数头文件 + 函数原型#include <sys/select.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数
参数名 类型 说明 nfdsint需要检查的文件描述符集合中， 最大文件描述符的值加 1（用于限定检查范围）readfdsfd_set *指向可读文件描述符集合的指针，用于检测哪些文件描述符可读 writefdsfd_set *指向可写文件描述符集合的指针，用于检测哪些文件描述符可写 exceptfdsfd_set *指向异常文件描述符集合的指针，用于检测哪些文件描述符发生异常 timeoutstruct timeval *超时时间设置： - NULL：永久阻塞，直到有文件描述符状态变化 - 非NULL：tv_sec（秒）+tv_usec（微秒），超时后返回
返回值
返回值 含义说明 > 0 成功，返回状态发生变化的文件描述符总数（可读 / 可写 / 异常） = 0 超时，在 timeout规定时间内，没有文件描述符状态发生变化= -1 失败，错误原因可通过 errno获取（如EBADF无效描述符、EINTR被信号中断等）
四、作业
使用select写一个tcp并发服务器1.创建套接字
2.绑定套接字
3.监听
4.把sockfd加入位图
while(1)
{
5.select
6.判断是不是sockfd准备就绪
7.如果是sockfd则 accept ，并更新位图
8.如果不是sockfd：recv，客户端退出，更新位图，删除断开的文件描述符
}
server代码
/*===============================================
* 文件名称：server_select.c
* 创 建 者：青木莲华
* 创建日期：2025年08月14日
* 描 述：TCP_server 并发——基于Select多路复用
================================================*/
#include "socket_head.h"
//获得最大fd
int get_nfds(int conn[1024],int nfds)
{
int max_fd = -1;
// 从后往前遍历，找到第一个值为1的下标（即最大已连接FD）
for (int i = nfds; i >= 0; i--) {
if (conn[i] == 1) {
max_fd = i + 1;
break;
}
}
return max_fd;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int conn[1024] = {0}; //标识哪些fd建立连接,用于管理nfds
char buf[1024] = {0}; //缓冲区
int ret = -1; //recv接收参数
//1.创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//2.初始化结构体并绑定套接字
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(6666);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.18.220");
if(-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr)))
{
perror("bind");
return -1;
}
//3.监听
if(-1 == listen(sockfd,5))
{
perror("listen");
return -1;
}
printf("Server is waiting for connect!\n");
//4.初始化fd_set 位图，并为服务器套接字关注
fd_set fds,temp;
int nfds = sockfd + 1;
FD_ZERO(&fds); //初始化清空
FD_SET(sockfd,&fds); //将服务器套接字关注
conn[sockfd] = 1;
temp = fds;
socklen_t addlen = sizeof(addr);
while(1)
{
//1.轮询调用select 查看是否有文件描述符触发
if(-1 == select(nfds,&temp,NULL,NULL,NULL))
{
perror("select");
break;
}
//2.判断是否有连接
if(0 != FD_ISSET(sockfd,&temp))
{
//有新连接
int connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,&addlen);
if(-1 == connfd)
{
perror("accept");
break;
}
printf("Client<%s:%d> is connect!\n",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
//更新位图及各项参数
FD_SET(connfd,&fds);
conn[connfd] = 1;
nfds = get_nfds(conn,nfds);
printf("connfd: %d\n",connfd);
printf("nfds : %d\n",nfds);
}
for(int i = 4 ; i <= nfds ; i++)
{
if(0 != FD_ISSET(i,&temp))
{
ret = recv(i,buf,sizeof(buf),0);
printf("ret : %d\n",ret);
if(-1 == ret)
{
perror("recv");
conn[i] = 0;
FD_CLR(i,&fds); //将当前fd 置0
close(i);
continue;
}
else if(0 == ret)
{
printf("An Client has disconnected...\n");
conn[i] = 0;
FD_CLR(i,&fds);
close(i);
}
else
{
puts(buf);
}
}
}
temp = fds;
}
close(sockfd);
return 0;
}
运行截图
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