Linux Socket 实现服务器和客户端对话

Socket 是 Linux 系统中实现网络通信的基本机制，下面我将介绍如何使用 C 语言通过 Socket 实现服务器和客户端的对话。

基本流程

服务器端流程

1. 创建 socket
2. 绑定 socket 到 IP 地址和端口
3. 监听连接
4. 接受客户端连接
5. 与客户端通信
6. 关闭连接

客户端流程

1. 创建 socket
2. 连接到服务器
3. 与服务器通信
4. 关闭连接

代码实现

服务器端代码 (server.c)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    char *response = "Message received by server";

    // 1. 创建 socket 文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置 socket 选项 (避免地址已在使用中的错误)
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 2. 绑定 socket 到端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d...\n", PORT);

    // 4. 接受客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 5. 与客户端通信
    while (1) {
        // 读取客户端消息
        int valread = read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
        if (valread <= 0) {
            break;  // 连接断开
        }
        printf("Client: %s\n", buffer);

        // 发送响应
        send(new_socket, response, strlen(response), 0);
        printf("Response sent\n");

        // 清空缓冲区
        memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
    }

    // 6. 关闭连接
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

客户端代码 (client.c)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    char *message = "Hello from client";

    // 1. 创建 socket
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将 IPv4 地址从文本转换为二进制形式
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("invalid address/ address not supported");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("connection failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. 与服务器通信
    while (1) {
        printf("Enter message (or 'exit' to quit): ");
        fgets(buffer, BUFFER_SIZE, stdin);

        // 移除换行符
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;

        if (strcmp(buffer, "exit") == 0) {
            break;
        }

        // 发送消息到服务器
        send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);
        printf("Message sent\n");

        // 接收服务器响应
        int valread = read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
        if (valread <= 0) {
            break;  // 连接断开
        }
        printf("Server: %s\n", buffer);

        // 清空缓冲区
        memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
    }

    // 4. 关闭连接
    close(sock);
    return 0;
}

编译和运行

1. 编译服务器端和客户端代码：

gcc server.c -o server
gcc client.c -o client

2. 首先运行服务器端：

./server

3. 然后运行客户端（在另一个终端）：

./client

进阶功能

1. 多客户端处理：使用 fork() 或线程为每个客户端创建独立的处理进程/线程
2. 非阻塞 I/O：使用 select()、poll() 或 epoll() 实现非阻塞通信
3. 错误处理：添加更完善的错误处理和连接恢复机制
4. 协议设计：设计更复杂的通信协议（如添加消息头、校验等）

常见问题解决

1. 地址已在使用：确保之前的服务器进程已完全关闭，或使用 setsockopt() 设置 SO_REUSEADDR 选项
2. 连接拒绝：检查服务器是否运行，端口是否正确，防火墙设置
3. 数据截断：确保缓冲区足够大，或实现分片传输机制

希望这个示例能帮助你理解 Linux Socket 的基本通信机制。如需更复杂的功能，可以在此基础上进行扩展。