前言：周末学了两天网络编程，把之前的不懂一些问题基本掌握了，例如TCP状态转换图、close和shutdown函数的区别、select函数等，今天分享给大家。
一、网络编程基础知识
在写代码之前，需要简单介绍一下基础知识。
- 网络字节序
小端法（本地）：低地址存低字节、高地址存高字节（简称高存高、低存低）
大端法（网络）：高存底，低存高
可能有人会问为啥不统一呢？历史遗留问题：IBM最开始使用数据存储使用大端法，后来微软非要反着来。
所以通信必须先统一字节序，涉及4个函数，如下：（函数原型都是通过man手册查的）
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
说明：h代表本地，n代表网络，l表示32长整数（也是历史遗留问题，最开始没有int型），s表示16位短整型
例如htonl函数：就是将本地字节序转为网路字节序，并且是长整数，一般用在ip转换，s则用在端口。
2.sockaddr地址结构
通用地址结构体：
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;//协议族 AF_INET AF_INET6
char sa_data[14];//1-2 端口号 3-6 ip地址 7-14 预留
}
ipv4专用地址结构：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
通用的使用麻烦，弄一个专用的方便了，但是bind函数原型如下：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
要传通用地址结构，所以使用时就要进行强转。
其实，还应该介绍一下socket、bind、listen等函数，但是觉得很简单就先不介绍了。
二、三次握手和四次挥手
这篇主要介绍TCP，TCP经常被问到的问题就是三次握手，应该大部分人都知道，但四次挥手应该很少人知道，确很重要对理解一下概念和函数很有帮助。
1.三次握手
三次握手如下图：（截图《unix网络编程》，简称UNP，下面还有有图出自这本书）
说明：客户端发送SYN请求，服务器收到之后，返回ACK应答并携带SYN，客户端收到之后发送ACK应答。更多解释可以参考UNP。
2.四次挥手
四次挥手如下图，出自UNP：
说明：客户端发起FIN关闭请求，服务器收到之后回应ACK，到这完成了“半关闭”，就是关了一半。为啥只关了一半？其实客户端、服务器各有一个描述符、两个缓冲区（读缓冲、写缓冲），关的只是一个缓冲区。
服务端再发FIN,客户端收到之后再回应ACK应答。
理解四次挥手，对close和shutdown函数的区别会有很好的理解。
三、TCP状态转换图
理解三次握手、四次挥手，对于面试、跟人装逼很有帮助，开玩笑了。但理解TCP状态转换图对编程很有帮助。
TCP状态转换图如下，也出自UNP:
说明：如图释一样，客户端状态走向，虚线服务器的走向，要分别沿着两条线去看，并结合着三次握手和四次挥手去看。在纸上画过2个结合的图，但是没时间在电脑上，有需要的话联系我吧。
- shutdowan、close函数区别：
shutdown原型：int shutdown(int sockfd, int how);
参数说明：
sockfd：文件描述符
how：定义三个宏
SHUT_RD 关闭读端
SHUT_WR 关闭写端
SHUT_RDWR 关闭读写端
close原型：int close(int fd); 参数文件描述符。
还有一个重要区别：shutdown在关闭多个文件描述符时，采用全关闭方法。close只关闭一个，相当于“-1”操作。
四、select函数介绍
select函数非常复杂，一点点解释吧，函数原型如下：
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数说明：
nfds：监听的所有文件描述符中的最大描述符+1（其实内核是轮询查的）
readfds：读文件描述符监听集合
writefds：写文件描述符监听集合
exceptfds：异常文件描述符监听集合
timeout：有几个值如下：
大于0：设置监听超时时长
NULL：阻塞监听
0：非阻塞监听
函数返回值：
大于0：所有监听集合（3个）中，满足对应事件的总数
0：没有满足的
-1：出错error
看第二个、三个、四个参数的类型fd_set,内核为操作这种集合定义了四个函数，如下：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //将一个文件描述符从集合中移除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断一个文件描述符是否在一个集合中，返回值：在 1，不在 0
void FD_SET(int fd, fd_set *set); //将监听的文件描述符，添加到监听集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); //清空一个文件描述符集合
五、包裹函数
这个概念来自UNP，先介绍包裹函数的定义，约定的包裹函数名是实际函数的首字母大写形式。例如，如下：
Socket(int family, int type, int protocol)
为什么要怎么做呢？原因如下：
（1） 检查返回值
（2）独立错误检查模块
六、用select实现并发服务器
- 服务端
socket、bind、listen这些都没变化，但都用的包裹函数形式，封装在wrap.c中，从accept开始就要开始处理了，程序中都有注释，不明白在私信我，先主要讲解一下，调用FD_ZERO、FD_SET设置fd_set集合，再监听连接、再监听数据传输。代码如下：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #include <ctype.h> #include "wrap.h" #define SERV_PORT 6666 int main(int argc, char *argv[]) { int i, j, n, maxi; int nready, client[FD_SETSIZE]; /* 自定义数组client, 防止遍历1024个文件描述符 FD_SETSIZE默认为1024 */ int maxfd, listenfd, connfd, sockfd; char buf[BUFSIZ], str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */ struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr; socklen_t clie_addr_len; fd_set rset, allset; /* rset 读事件文件描述符集合 allset用来暂存 */ listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int opt = 1; setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family= AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT); Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); Listen(listenfd, 128); maxfd = listenfd; /* 起初 listenfd 即为最大文件描述符 */ maxi = -1; /* 将来用作client[]的下标, 初始值指向0个元素之前下标位置 */ for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++) client[i] = -1; /* 用-1初始化client[] */ FD_ZERO(&allset); FD_SET(listenfd, &allset); /* 构造select监控文件描述符集 */ while (1) { rset = allset; /* 每次循环时都从新设置select监控信号集 */ nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL); if (nready < 0) perr_exit("select error"); if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* 说明有新的客户端链接请求 */ clie_addr_len = sizeof(clie_addr); connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len); /* Accept 不会阻塞 */ printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(clie_addr.sin_port)); for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++) if (client[i] < 0) { /* 找client[]中没有使用的位置 */ client[i] = connfd; /* 保存accept返回的文件描述符到client[]里 */ break; } if (i == FD_SETSIZE) { /* 达到select能监控的文件个数上限 1024 */ fputs("too many clients\n", stderr); exit(1); } FD_SET(connfd, &allset); /* 向监控文件描述符集合allset添加新的文件描述符connfd */ if (connfd > maxfd) maxfd = connfd; /* select第一个参数需要 */ if (i > maxi) maxi = i; /* 保证maxi存的总是client[]最后一个元素下标 */ if (--nready == 0) continue; } for (i = 0; i <= maxi; i++) { /* 检测哪个clients 有数据就绪 */ if ((sockfd = client[i]) < 0) continue; if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) { if ((n = Read(sockfd, buf, sizeof(buf))) == 0) { /* 当client关闭链接时,服务器端也关闭对应链接 */ Close(sockfd); FD_CLR(sockfd, &allset); /* 解除select对此文件描述符的监控 */ client[i] = -1; } else if (n > 0) { for (j = 0; j < n; j++) buf[j] = toupper(buf[j]); Write(sockfd, buf, n); Write(STDOUT_FILENO, buf, n); } if (--nready == 0) break; /* 跳出for, 但还在while中 */ } } } Close(listenfd); return 0; }
- 客户端
实现简单功能：客户端发小写，服务器转为大写再返回给客户端。客户端首先socket、connect，依然是包裹函数。代码如下：
/* client.c */ #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include "wrap.h" #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 6666 int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, n; if (argc != 2) printf("./client IP\n"); sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); printf("------------connect ok----------------\n"); while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) { Write(sockfd, buf, strlen(buf)); n = Read(sockfd, buf, MAXLINE); if (n == 0) { printf("the other side has been closed.\n"); break; } else Write(STDOUT_FILENO, buf, n); } Close(sockfd); return 0; }
这样就可以了，想要《unix网络编程》、wrap.c的，推荐评论我。
其实，TCP状态转换图、select实现原理，应该用画图来解释一下，今天7点多就到公司了，准备写博客，然后9点就去处理需求了，下午才写完，等有时间再详细介绍这两方面吧。
最后，评论你的不懂问题，需要资料的也随时欢迎评论。
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