【網路程式設計】TCP網路程式設計中connect()、listen()和accept()三者之間的關係
舉個簡單的例子（以下程式碼只是示範性的，用於說明不同套接字的作用，實際的函式會需要更多的引數）： /* 建立用於監聽和接受客戶端連線請求的套接字 */ server_sock = socket(); /* 繫結監聽的IP地址和埠 */ bind(server_sock); /* 開始監聽 */ listen(server_sock); /** * 等待客戶端連線請求，在沒有客戶端連線請求到來之前， * 程式會一直阻塞在這個函式裡。 */ client_sock = accept(server_sock); /** * 已經接受客戶端連線請求，accept()函式建立並返回了一個 * 新的套接字client_sock，用於與客戶端通訊。 * 如果不再需要接受其他客戶端的連線請求，可以關閉監聽 * 套接字了。 */ close(server_sock); /* 傳送資料到客戶端 */ send(client_sock, data); /* 從客戶端接收資料 */ recv(client_sock, data); /* 通訊結束，關閉與客戶端通訊的套接字 */ close(client_sock);
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基於 TCP 的網路程式設計開發分為伺服器端和客戶端兩部分，常見的核心步驟和流程如下：
connect()函式
對於客戶端的 connect() 函式，該函式的功能為客戶端主動連線伺服器，建立連線是通過三次握手，而這個連線的過程是由核心完成，不是這個函式完成的，這個函式的作用僅僅是通知 Linux 核心，讓 Linux 核心自動完成 TCP 三次握手連線（三次握手詳情，請看《淺談 TCP 三次握手》），最後把連線的結果返回給這個函式的返回值（成功連線為0， 失敗為-1）。
通常的情況，客戶端的 connect() 函式預設會一直阻塞，直到三次握手成功或超時失敗才返回（正常的情況，這個過程很快完成）。
listen()函式
對於伺服器，它是被動連線的。舉一個生活中的例子，通常的情況下，移動的客服（相當於伺服器）是等待著客戶（相當於客戶端）電話的到來。而這個過程，需要呼叫listen()函式。
#include<sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
listen() 函式的主要作用就是將套接字( sockfd )變成被動的連線監聽套接字（被動等待客戶端的連線），至於引數 backlog 的作用是設定核心中連線佇列的長度（這個長度有什麼用，後面做詳細的解釋），TCP 三次握手也不是由這個函式完成，listen()的作用僅僅告訴核心一些資訊。
這裡需要注意的是，listen()函式不會阻塞，它主要做的事情為，將該套接字和套接字對應的連線佇列長度告訴 Linux 核心，然後，listen()函式就結束。
這樣的話，當有一個客戶端主動連線（connect()），Linux 核心就自動完成TCP 三次握手，將建立好的連結自動儲存到佇列中，如此重複。
所以，只要 TCP 伺服器呼叫了 listen()，客戶端就可以通過 connect() 和伺服器建立連線，而這個連線的過程是由核心完成。
下面為測試的伺服器和客戶端程式碼，執行程式時，要先執行伺服器，再執行客戶端：
伺服器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000;
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 建立通訊端點：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(port);
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
if( err_log != 0)
{
perror("binding");
close(sockfd);
exit(-1);
}
err_log = listen(sockfd, 10);
if(err_log != 0)
{
perror("listen");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("listen client @port=%d...\n",port);
sleep(10); // 延時10s
system("netstat -an | grep 8000"); // 檢視連線狀態
return 0;
}
客戶端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000; // 伺服器的埠號
char *server_ip = "10.221.20.12"; // 伺服器ip地址
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 建立通訊端點：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化伺服器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);
int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主動連線伺服器
if(err_log != 0)
{
perror("connect");
close(sockfd);
exit(-1);
}
system("netstat -an | grep 8000"); // 檢視連線狀態
while(1);
return 0;
}
執行程式時，要先執行伺服器，再執行客戶端，執行結果如下：
三次握手的連線佇列
這裡詳細的介紹一下 listen() 函式的第二個引數（ backlog）的作用：告訴核心連線佇列的長度。
為了更好的理解 backlog 引數，我們必須認識到核心為任何一個給定的監聽套介面維護兩個佇列：
1、未完成連線佇列（incomplete connection queue），每個這樣的 SYN 分節對應其中一項：已由某個客戶發出併到達伺服器，而伺服器正在等待完成相應的 TCP 三次握手過程。這些套介面處於 SYN_RCVD 狀態。
2、已完成連線佇列（completed connection queue），每個已完成 TCP 三次握手過程的客戶對應其中一項。這些套介面處於 ESTABLISHED 狀態。
當來自客戶的 SYN 到達時，TCP 在未完成連線佇列中建立一個新項，然後響應以三次握手的第二個分節：伺服器的 SYN 響應，其中稍帶對客戶 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），這一項一直保留在未完成連線佇列中，直到三次握手的第三個分節（客戶對伺服器 SYN 的 ACK ）到達或者該項超時為止（曾經源自Berkeley的實現為這些未完成連線的項設定的超時值為75秒）。
如果三次握手正常完成，該項就從未完成連線佇列移到已完成連線佇列的隊尾。
backlog 引數歷史上被定義為上面兩個佇列的大小之和，大多數實現預設值為 5，當伺服器把這個完成連線佇列的某個連線取走後，這個佇列的位置又空出一個，這樣來回實現動態平衡，但在高併發 web 伺服器中此值顯然不夠。
accept()函式
accept()函式功能是，從處於 established 狀態的連線佇列頭部取出一個已經完成的連線，如果這個佇列沒有已經完成的連線，accept()函式就會阻塞，直到取出佇列中已完成的使用者連線為止。
如果，伺服器不能及時呼叫 accept() 取走佇列中已完成的連線，佇列滿掉後會怎樣呢？UNP（《unix網路程式設計》）告訴我們，伺服器的連線佇列滿掉後，伺服器不會對再對建立新連線的syn進行應答，所以客戶端的 connect 就會返回 ETIMEDOUT。但實際上Linux的並不是這樣的！
下面為測試程式碼，伺服器 listen() 函式只指定佇列長度為 2，客戶端有 6 個不同的套接字主動連線伺服器，同時，保證客戶端的 6 個 connect()函式都先呼叫完畢，伺服器的 accpet() 才開始呼叫。
伺服器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000;
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(port);
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
if( err_log != 0)
{
perror("binding");
close(sockfd);
exit(-1);
}
err_log = listen(sockfd, 2); // 等待佇列為2
if(err_log != 0)
{
perror("listen");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("after listen\n");
sleep(20); //延時 20秒
printf("listen client @port=%d...\n",port);
int i = 0;
while(1)
{
struct sockaddr_in client_addr;
char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";
socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);
int connfd;
connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);
if(connfd < 0)
{
perror("accept");
continue;
}
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
printf("-----------%d------\n", ++i);
printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));
char recv_buf[512] = {0};
while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 )
{
printf("recv data ==%s\n",recv_buf);
break;
}
close(connfd); //關閉已連線套接字
//printf("client closed!\n");
}
close(sockfd); //關閉監聽套接字
return 0;
}
客戶端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
void test_connect()
{
unsigned short port = 8000; // 伺服器的埠號
char *server_ip = "10.221.20.12"; // 伺服器ip地址
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 建立通訊端點：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化伺服器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);
int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主動連線伺服器
if(err_log != 0)
{
perror("connect");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("err_log ========= %d\n", err_log);
char send_buf[100]="this is for test";
send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0); // 向伺服器傳送資訊
system("netstat -an | grep 8000"); // 檢視連線狀態
//close(sockfd);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 1
pid_t pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 2
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 3
}
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 4
pid_t pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 5
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 6
}
}
while(1);
return 0;
}
同樣是先執行伺服器，在執行客戶端，伺服器 accept()函式前延時了 20 秒， 保證了客戶端的 connect() 全部呼叫完畢後再呼叫 accept(),執行結果如下：
伺服器執行效果圖：
客戶端執行效果圖：
按照 UNP 的說法，連線佇列滿後（這裡設定長度為 2，發了 6 個連線），以後再呼叫 connect() 應該統統超時失敗，但實際上測試結果是：有的 connect()立刻成功返回了，有的經過明顯延遲後成功返回了。對於伺服器 accpet() 函式也是這樣的結果：有的立馬成功返回，有的延遲後成功返回。
對於上面伺服器的程式碼，我們把lisen()的第二個引數改為 0 的數，重新執行程式，發現：
客戶端 connect() 全部返回連線成功（有些會延時）：
伺服器 accpet() 函式卻不能把連線佇列的所有連線都取出來：
對於上面伺服器的程式碼，我們把lisen()的第二個引數改為大於 6 的數(如 10)，重新執行程式，發現，客戶端 connect() 立馬返回連線成功， 伺服器 accpet() 函式也立馬返回成功。
TCP 的連線佇列滿後，Linux 不會如書中所說的拒絕連線，只是有些會延時連線，而且accept()未必能把已經建立好的連線全部取出來（如：當佇列的長度指定為 0 ），寫程式時伺服器的 listen() 的第二個引數最好還是根據需要填寫，寫太大不好（具體可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，預設最大值限制是 128），浪費資源，寫太小也不好，延時建立連線。
測試程式碼下載請點此處。
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作者：Mike__Jiang
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/45621341
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