《UNP》随笔——实现一个简单的回射服务器

1.什么是回射服务器

回射服务器的执行步骤：
（1）客户从标准输入读入一行文本，并写给服务器。
（2）服务器从网络输入读入这行文本，并回射给客户；
（3）客户从网络输入读入这行文本，并显示在标准输出上。

2.服务器程序

// 5.2 TCP回射服务器程序 
#include	"unp.h"
void str_echo(int sockfd)
{ssize_t		n;char		buf[MAXLINE];again:while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0)Writen(sockfd, buf, n);if (n < 0 && errno == EINTR)goto again;else if (n < 0)err_sys("str_echo: read error");
}int main(int argc, char **argv){int listenfd, connfd;pid_t childpid;socklen_t clilen;struct sockaddr_in  cliaddr, servaddr;listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 大端字节序，INADDR_ANY表示通配地址， servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT); // 小端字节序，服务器众所周知的端口，在unp中为9877Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));Listen(listenfd, LISTENQ); // LISTENQ 表示监听队列中最大容量，unp中定义为1024for( ; ; ){clilen = sizeof(cliaddr);connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen );if((childpid = Fork()) == 0){Close(listenfd); // 子进程需要关闭监听套接字str_echo(connfd);exit(0);}Close(connfd); //父进程关闭已连接套接字}
}

流程：①定义好socket的地址address。②Bind函数将地址和socket绑定起来。③使用Listen函数，监听socket信号。④利用死循环和子进程，处理每一个客户端的连接请求。

需要注意的点：

• INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或“所有地址”、“任意地址”。也叫做通配地址， 其作用就是告诉主机，该socket可以接受目的地址为任何本地接口的连接。（经测试，无法使用局域网其他主机进行连接）
• Accept函数，用于从已完成连接队列队头返回下一个已完成连接，如果已完成连接队列为空，那么进程将置于休眠状态（一般嵌套字socket会默认为阻塞状态）。
• 并发服务器的程序轮廓。当服务器可能要接受多个主机的连接请求时，最简单的方法就是fork一个子进程来服务每个客户。子进程关闭监听套接字，父进程关闭已连接套接字，并等待其他连接。（原因在第4节解释）

3.客户端程序

#include	"unp.h"
void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{char	sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];// Fgets 将会调用fgets函数，读取从键盘输入的数据while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {// 会调用write函数，将该行数据发送给客户端Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));// 调用read函数，接受由服务器返回的数据，并用fputs，将其显示if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)err_quit("str_cli: server terminated prematurely");Fputs(recvline, stdout);}
}int main(int argc, char **argv)
{int					sockfd;struct sockaddr_in	servaddr;if (argc != 2)err_quit("usage: tcpcli <IPaddress>");sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);  // 端口使用unp的默认端口 9877Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr); // 将指定的ip argv[1] 放入sin_addr中， Connect(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); // 发起连接申请str_cli(stdin, sockfd);		/* do it all */exit(0);
}

4.并行服务器的轮廓

疑问点：为什么在子进程中就要关闭监听套接字listenfd？ 为什么已连接套接字connfd关闭了两次？

用图解来解释：

此时有一连接请求，服务器接受该请求，并创建新的套接字connfd，这是一个已连接套接字，可以使用该套接字来跨连接读写数据。如下图：

下一步就是调用fork创建子进程，如下图

可以看到，子进程把父进程的监听套接字listenfd和连接套接字connfd都复制了一份。但是，我们创建子进程的目的就是为了处理已连接套接字，如果一直保持两个监听套接字，当有新的连接进行过来时，监听队列会出现冗余的连接套接字，同样，我们也希望父进程只处理监听套接字。 因此，父进程关闭已连接套接字，子进程关闭监听套接字。

这就是两个套接字最终的状态。父进程与子进程各司其职，子进程处理当前的已连接套接字，进行跨连接读写操作，父进程继续处理下一客户连接，创建新的子进程来处理新的连接。

• 为什么已连接套接字关闭了两次？
  每个文件或者套接字，都有一个引用计数，它是当前打开着的引用该文件或套接字的描述符的个数。当listenfd和connfd从函数中返回时，其引用计数都是1，但是调用了fork，创建子进程时，这两个描述符也在父进程子进程中共享，因此与这两个套接字相关联的文件表项各自的引用计数都为2。这样的话，当子进程执行close()的时候，引用计数由2减为1，并不会被真正的清理和资源释放。（子进程结束的时候，也会自动对未执行引用计数减一的描述符来执行引用减一，因此close(connfd）常常略写）

5. 拓展（观察连接状态等）

1. 观察IP报文
   
   客户端输入的是asd，可以在报文中看到asd的ASCII字符，也就是包含的数据信息。同时也是TCP传输信息的过程，发送方发送一个信息报文，接受方返回一个确认报文
2. 查看端口信息

losf -i:端口号

3. 查看进程间的关系

ps -t pts/5 -t pts/7 -o pid,ppid,tty,stat,args,wchan

• pts表示打开的终端
  
• wait_woken就是在休眠（一般是阻塞状态），等待唤醒。
• PID=5045的进程，状态是Z，也就是僵死状态，是因为服务器子进程终止时，会给父进程发送一个SIGCHLD信号，但是本程序没有在代码中捕获这一信号，该信号默认被忽略，所以导致子进程僵死。（僵死进程同样会消耗系统资源，所以需要对其进行处理）

6.总结

1. 如何设计一个可以监听局域网的服务端？
   可以，只需要将监听地址进行修改即可，修改为本地的IP地址A，这样其他主机的服务器即可通过A:端口，来进行服务器请求。

不需要修改任何代码，只需要修改防火墙即可让其他主机连接。这一点涉及到后端监听ip的三种主要方式，相关内容往下查看

    servaddr.sin_family = AF_INET;const char* ip = argv[1];inet_pton(AF_INET, ip, &servaddr.sin_addr); // 修改这里进行绑定本地地址即可//servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 大端字节序，INADDR_ANY表示通配地址servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT); // 小端字节序，服务器众所周知的端口，在unp中为9877Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));Listen(listenfd, LISTENQ); // LISTENQ 表示监听队列中最大容量，unp中定义为1024

设置过程中遇到的问题：

• 主机B上监听9877端口，主机A不能通过主机B的IP地址和这个端口进行连接，发送了TCP请求报文，但是主机B没有回复报文。（利用tcodump，可以看到主机B收到了该请求报文）
• 为了验证是否是程序的问题，将服务端程序换到主机A上，主机A上监听9877端口，然后主机B可以通过这个端口建立TCP连接。说明程序没有问题
• 最后发现是防火墙的原因，主机A关闭了防火墙，而主机B开启了，所以主机B不会回复主机A的连接请求。

sudo ufw status
# 查看防火墙状态
sudo ufw allow 9877  
#允许外部访问9877端口sudo ufw delete allow 9877 
#禁止外部访问9877 端口

7.后端监听ip地址的三种主要的方式

• 监听127.0.0.1
• 监听0.0.0.0
• 监听主机IP地址

监听127.0.0.1

127.0.0.1也称为回环地址。该地址指电脑本身，主要预留测试本机的TCP/IP协议是否正常。只要使用这个地址发送数据，则数据包不会出现在网络传输过程中。

1. 本机通过127.0.0.1访问成功，网络接口为loopback
2. 本机通过局域网IP 192.168.0.113访问失败，网络接口为loopback
3. 同一局域网下的外部主句通过局域网IP 192.168.0.112访问失败，网络接口-et

因此，在实际应用中，我们在服务端监听ip地址的时候不要绑定到127.0.0.1，如果绑定到了127.0.0.1，会导致我们的应用只能在本地127.0.0.1访问，其他人无法通过其他任何方式进行访问

监听0.0.0.0

0.0.0.0也称作是通配地址，用INADDR_ANY指代。在IPv4中，0.0.0.0地址被用于表示一个无效的，未知的或者不可用的目标。在服务器中，0.0.0.0指的是本机上的所有IPV4地址，如果一个主机有两个IP地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且该主机上的一个服务监听的地址是0.0.0.0,那么通过两个ip地址都能够访问该服务。

1. 本机通过127.0.0.1访问成功，网络接口为loopback
2. 本机通过局域网IP 192.168.0.113 访问成功，网络接口为loopback
3. 同一局域网下的外部主句通过局域网IP 192.168.0.112访问成功，网络接口-et1

比如我有一台服务器，一个外网A,一个内网B，如果我绑定的端口指定了0.0.0.0，那么通过内网地址或外网地址都可以访问我的应用。

监听主机ip 192.168.0.113

1. 本机通过127.0.0.1访问失败，网络接口为loopback
2. 本机通过局域网IP 192.168.0.113 访问成功，网络接口为loopback
3. 同一局域网下的外部主句通过局域网IP 192.168.0.112访问成功，网络接口-et1

总结

在实际应用中，最好的监听ip地址方式为：监听到0.0.0.0，这样本机、局域网内其他主机，均可以访问该主机。

参考https://segmentfault.com/a/1190000018629247