UNIX网络编程笔记(4):简单的回射程序

上一讲中我们通过调用fork函数实现了一个简单的并发时间获取服务器。这是一个简单的并发服务器框架，然而这里使用这个框架实现一个简单的回射服务器会出现一个问题，这个问题就是僵尸子进程。

1、回射程序

下图是这个回射程序的主要结构：

客户向服务器发送一行文字，服务器回射回来，然后客户再输出到屏幕上。这里的fgets、fputs、read、write函数都是标准库函数或系统调用，唯一要说明的就是这个readline函数，这个函数读取文件中的一行，调用read系统调用：

int readline(int fd,void *vptr,size_t maxlen)
{ssize_t n,rc;char c,*ptr;ptr=vptr;for(n=1;n<maxlen;n++){again:if((rc=read(fd,&c,1))==1){*ptr++=c;if(c=='\n')break;}else if(rc==0){*ptr=0;return (n-1);}else{if(errno==EINTR)goto again;return (-1);}}*ptr=0;return(n);
}

这里的服务器程序还是遵循上一讲中的流程，不同的是处理请求的过程，服务器处理请求时调用一个函数str_echo，返回客户写入的一行，代码如下：

#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 1024
void str_echo(int sockfd);
int main(int argc,char *argv[])
{int listenfd;struct sockaddr_in servaddr;char buff[MAXLINE];time_t ticks;if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){printf("socket error\n");return 0;}bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_port=htons(5000);servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){printf("bind error\n");return 0;}if(listen(listenfd,5)<0){printf("listen error\n");return 0;}int connfd;socklen_t len;struct sockaddr_in cliaddr;pid_t pid;for(;;){len=sizeof(cliaddr);if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&len))<0){printf("accept error\n");return 0;}if((pid=fork())==0){if(close(listenfd)<0){printf("close listenfd error\n");return 0;}printf("[PID]%ld Receive a connection from:%s.%d\n",(long)getpid(),inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,buff,sizeof(buff)),ntohs(cliaddr.sin_port));str_echo(connfd);if(close(connfd)<0){printf("close child connfd error\n");return 0;}return 0;}if(close(connfd)<0){printf("close parent connfd error\n");return 0;}}
}void str_echo(int sockfd)
{ssize_t n;char buf[MAXLINE];
again:while((n=read(sockfd,buf,MAXLINE))>0)write(sockfd,buf,n);if(n<0&&errno==EINTR)goto again;else if(n<0){printf("read error\n");return;}
}

客户端程序也大体相同，首先从标准输入中读取一行，写入套接字发送给服务器，接收到套接字后将套接字的内容输出到标准输出上，代码如下：

#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAXLINE 1024
void str_cli(FILE *fp,int sockfd);
int readline(int fd,void *vptr,size_t maxlen);
int main(int argc,char *argv[])
{int sockfd;char recvline[MAXLINE];if(argc!=2||strcmp(argv[1],"--help")==0){printf("Usage:%s <IPaddress>\n",argv[0]);return 0;}if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){printf("socket error\n");return 0;}struct sockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_port=htons(5000);if(inet_pton(AF_INET,argv[1],&servaddr.sin_addr)<=0){printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);return 0;}if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){printf("connect error\n");return 0;}str_cli(stdin,sockfd);return 0;
}
void str_cli(FILE *fp,int sockfd)
{char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];printf("puts:");while(fgets(sendline,MAXLINE,fp)){write(sockfd,sendline,strlen(sendline));if(readline(sockfd,recvline,MAXLINE)==0){printf("str_cli:server terminated prematurely\n");return;}printf("gets:");fputs(recvline,stdout);printf("puts:");}
}
int readline(int fd,void *vptr,size_t maxlen)
{ssize_t n,rc;char c,*ptr;ptr=vptr;for(n=1;n<maxlen;n++){again:if((rc=read(fd,&c,1))==1){*ptr++=c;if(c=='\n')break;}else if(rc==0){*ptr=0;return (n-1);}else{if(errno==EINTR)goto again;return (-1);}}*ptr=0;return(n);
}

下面是运行结果：

（1）启动服务器：

（2）客户发起请求并输入文字：

服务器成功返回并输出到标准输出上。

（3）服务器端：

2、程序执行时发生了什么？

1、启动时

（1）服务器启动后阻塞在accept函数上，等待客户连接。客户发起连接后accept函数返回，服务器进入子进程调用str_echo函数，函数调用read系统调用，并阻塞在这里，因为客户还没有输入文字；

（2）客户建立连接后，调用str_cli函数，函数调用fgets并阻塞，等待用户输入；

（3）与此同时，服务器父进程关闭连接描述符connfd，重新阻塞在accept函数上，等待下一个客户连接；

以上就是连接建立后发生的事情。

2、执行时

（1）执行时用户在客户端输入文字，fgets函数返回，str_cli函数将输入写入套接字，发送给服务器子进程，然后调用readline，readline函数调用read，并阻塞于read，因为客户等待服务器的应答；

（2）服务器子进程调用read读取客户输入，写入套接字发送给客户作为应答并继续阻塞在read函数上；

（3）客户调用readline函数读取服务器子进程应答并将数据写入标准输出；

（4）循环进行直到客户得到用户的EOF输入；

3、终止时

（1）用户在客户输入EOF字符，fgets返回NULL指针，于是str_cli函数返回；

（2）str_cli函数返回到main函数，main然后通过return终止；

（3）进程终止后关闭所有打开的描述符，因此客户打开的套接字由内核关闭，导致客户TCP发送一个FIN给服务器，服务器以ACK响应，这就是TCP终止的前半部分；

（4）当服务器接收到FIN时，服务器子进程阻塞于readline函数，readline函数返回0，导致str_echo函数返回到main；

（5）服务器子进程通过return终止；

（6）服务器子进程打开的所有描述符关闭。由子进程来关闭已连接套接字会引发TCP连接终止序列的最后两个分节：一个从服务器到客户的FIN和客户到服务器的ACK。至此，连接完全终止；

3、有什么问题？

上面的进程终止还有一部分内容，就是服务器子进程终止时，会给父进程发送一个SIGCHLD信号。这里我们没有捕获信号，而该信号的默认行为是被忽略。由于父进程中没有处理该信号，子进程于是进入僵死状态，即僵尸进程。可以使用ps命令查看：

可以看到，进程号是4228的进程是僵尸进程，而在我们的服务器运行时，客户连接的子进程ID正好是4228。

僵尸进程必须处理。下一讲来用信号处理函数处理僵尸进程。

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