TCP简单客户/服务端程序问题总结

本文基于阅读《UNIX网络编程第3版卷1》第五章TCP客户/服务端程序实例，介绍一个简单的TCP回射程序网络的基本流程和所要考虑的各种异常问题。下图是这个程序所要用到的基本套接字函数。

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套接字函数简介

int socket(int domain, int type, int protocol);

执行网络IO，第一件事使用socket函数，指定期望的通信协议类型。似于open，用来打开一个网络连接，如果成功则返回一个网络文件描述符（int类型），套接字描述符，简称sockfd。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

服务端套接字绑定自己的IP地址与端口号，客户端那边如果没有绑定端口号，内核会给它分配一个临时的端口。绑定成功，返回0，失败返回-1，IP地址不指定，内核会为其选择。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

TCP客户端通过connect函数与服务端连接，进行通信。它会激发TCP的三路握手过程，仅在连接建立成功或者出错时才会返回。
出错情况：

1， TCP客户端没有收到SYN分节的响应，则返回ETIMEOUT错误。
2，若对应客户端的SYN响应是RST（复位），则表示服务器主机在我们指定的端口上没有进程在等待与之连接，硬错误，会返回ECONNREFUSED错误。（RST错误的几种类型：补充）
3，路由错误，不可达，软错误。destination unreachable
connect函数会导致套接字状态从CLOSED到SYN_SENT状态，再成功转到ESTABLISHED状态。

int listen(int sockfd, int backlog);

socket函数创建一个套接字时，是一个主动套接字，下一步会使用connect函数，listen函数则将主动套接字转换为被动套接字，等着别人来连接，它导致套接字状态从CLOSED转为LISTEN状态，关于第二个backlog参数，则涉及到监听套接字的两个队列，backlog为两个队列长度之和：

1，未完成连接队列：客户端发过来的SYN到达服务器，存在其中，等待服务器完成对应的三路握手过程。这些套接字处于SYN_RCVD状态。
2，已完成连接队列：每个已完成TCP三路握手协议的客户对应其中一项。

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队列中项的转换过程如下：

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int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。
一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字（listen socket），它在该服务器的生命周期内一直存在。
内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字（connected socket），当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

关于UNIX网络编程第5章回射网络函数考虑问题点说明

一、正常终止过程

1，客户端终止时，会关闭所有打开的描述符，这会导致客户TCP发送一个FIN给服务器，服务器会以ACK响应，这是tcp终止序列的铅笔部分，至此服务器套接字处于CLOSE_WAIT状态，客户端则处于FIN_WAIT2状态。
2，服务器TCP收到FIN是，子进程会通过调研exit来终止，导致tcp连接终止序列的最后两个分节，一个服务端到客户端的FIN和ACK，至此客户端套接字进入TIME_WAIT状态。
3，服务器子进程终止时，会给父进程发一个SIGCHLD的信号，如果父进程没有处理，子进程进入僵死状态。

二、子进程信号处理

1，fork子进程时，必须捕获SIGCHLD信号
2，当捕获信号是，必须被处理中断的系统调用
3，SIGCHLD的信号处理函数必须正确编写，应使用waitpid函数以免留下僵死进程

三、服务器子进程异常终止：

服务器端fork的子进程被杀死时，会想客户端发送一个FIN，然而此时客户端正被阻塞在fgets函数上，等待从终端输入一行文本，此时终端如果输入一行文本，会导致server terminated prematurely错误，服务器端过早终止

四、数据格式问题：

客户端、服务端不同的实现以不同格式存储二进制数。
不同架构C数据类型上有差异
不同实现结构打包方式不一样
解决办法：
把所有的数值数据转换为文本串
显示顶一个所支持的数据类型的二进制格式

五、SIGPIPE信号：返回broken pipe错误，

在网络编程中经常会遇到SIGPIPE信号，默认情况下这个信号会终止整个进程，当然你并不想让进程被SIGPIPE信号杀死。我们不禁会这样思考：
在什么场景下会产生SIGPIPE信号？
要怎样处理SIGPIPE信号？
　　SIGPIPE产生的原因是这样的：如果一个 socket 在接收到了 RST packet 之后，程序仍然向这个 socket 写入数据，那么就会产生SIGPIPE信号。
　　这种现象是很常见的，譬如说，当 client 连接到 server 之后，这时候 server 准备向 client 发送多条消息，但在发送消息之前，client 进程意外奔溃了，那么接下来 server 在发送多条消息的过程中，就会出现SIGPIPE信号。对 server 来说，为了不被SIGPIPE信号杀死，那就需要忽略SIGPIPE信号。
参考http://senlinzhan.github.io/2017/03/02/sigpipe/

六、服务器崩溃后重启：

客户端发送一个tcp包到服务器，服务器端崩溃，由于没有客户端的连接信息，将会对这个客户端发送一个RST，此时客户端收到RST时，由于客户端阻塞与read调用，将会导致返回ECONNREST错误，因此客户端必须能检测服务器主机端是否崩溃

参考资料：

《UNIX网络编程卷1》第5章
https://www.cnblogs.com/zhangshenghui/p/6095297.html
http://senlinzhan.github.io/2017/03/02/sigpipe/