TCP 套接字--服务器相关

1.创建 TCP 套接字

int server_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0);

函数原型：

#include

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

(1) domain（协议族）

• AF_INET：IPv4 地址族（最常用）。
• AF_INET6：IPv6 地址族。
• AF_UNIX（或 AF_LOCAL）：本地进程间通信（UNIX 域套接字）。

(2) type（套接字类型）

• SOCK_STREAM：
  • 面向连接的 TCP 套接字。
  • 提供可靠、双向、基于字节流的通信。
• SOCK_DGRAM：
  • 无连接的 UDP 套接字。
  • 提供不可靠、无边界的数据报服务。
• SOCK_RAW：
  • 原始套接字，用于自定义协议（如 ICMP）。

(3) protocol（协议类型）

• 0：
  • 让系统自动选择与 domain 和 type 匹配的协议。
  • 对于 AF_INET + SOCK_STREAM，默认选择 TCP。
• 其他常见值：
  • IPPROTO_TCP（显式指定 TCP，但通常用 0 即可）。
  • IPPROTO_UDP（用于 SOCK_DGRAM）。

返回值

• 成功：返回一个 非负整数，即 套接字描述符（server_sockfd）。
• 失败：返回 -1，并设置 errno（如 EMFILE、ENFILE、EACCES 等）。

2.设置套接字选项 SO_REUSEADDR 的标准用法，用于控制套接字的行为

setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) 

• 作用：
  • 允许套接字（sockfd）绑定到 处于 TIME_WAIT 状态的地址（例如服务器重启时）。
  • 避免 bind() 失败（EADDRINUSE 错误）。
• 参数说明：
  • sockfd：目标套接字描述符。
  • SOL_SOCKET：表示操作套接字层选项（通用选项）。
  • SO_REUSEADDR：选项名称，允许地址重用。
  • &reuse：指向选项值的指针（int 类型，1 启用，0 禁用）。
  • sizeof(reuse)：选项值的大小。

3.TCP 服务器绑定（bind()）操作 

struct sockaddr_in server_sockaddr; server_sockaddr.sin_family = AF_INET; // IPv4 协议族 server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定到所有本地接口（0.0.0.0） server_sockaddr.sin_port = htons(voice_SysParameter.port); // 绑定到指定端口（网络字节序） // 绑定套接字 if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, sizeof(server_sockaddr)) == -1) { perror(\"bind\"); // 输出错误信息 goto voice_tcp_Thread_TaskProcError; // 错误处理 }

• 关键点：
  • AF_INET：使用 IPv4 协议。
  • INADDR_ANY：绑定到所有本地网络接口（即 0.0.0.0），允许通过任何本地 IP 访问服务。
  • htons() 和 htonl()：将主机字节序（小端或大端）转换为网络字节序（大端）。
  • bind() 返回值：成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

4.TCP 连接超时检测与清理  

for (int i = 0; i  0（记录过心跳时间） // 2. 当前时间 - 最后一次心跳时间 > 允许的心跳超时时间（voice_SysParameter.heartBeat） // 3. Connfd[i] > 0（连接有效） if ((ConnfdCurTime[i] > 0) && (ConnfdCurTime[i] + voice_SysParameter.heartBeat  0)) { struct sockaddr_in sa = {0}; int len = sizeof(sa); // 获取客户端的 IP 地址和端口信息 getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr *)&sa, &len); // 关闭超时连接，并打印日志（连接描述符 + 客户端 IP） close(Connfd[i]); printf(\"Connfd Tcp__closed=%d %s\\n\", Connfd[i], inet_ntoa(sa.sin_addr)); // 重置连接状态 Connfd[i] = 0; ConnfdCurTime[i] = 0; }}

5.检查所有已记录的子设备（SubDev）状态

for (int j = 0; j < voice_SysParameter.connectNo; j++) { // 如果子设备的 IP 地址为空，跳过处理 if (strcmp(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, \"\") == 0) continue; int i = 0; // 遍历所有 TCP 连接，检查是否有连接匹配当前子设备的 IP for (i = 0; i < voice_MaxConnectNum; i++) { if (Connfd[i] == 0) continue; // 跳过无效连接（Connfd[i]=0 表示空闲） struct sockaddr_in sa = {0}; int len = sizeof(sa); // 获取当前连接的客户端 IP 地址 getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr *)&sa, &len); // 如果当前连接的 IP 匹配子设备的 IP，跳出循环 if (strcmp(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, inet_ntoa(sa.sin_addr)) == 0) break; } // 如果遍历完所有连接都没找到匹配的 IP（i == voice_MaxConnectNum） if (i == voice_MaxConnectNum) { // 清除子设备状态（标记为未连接） voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].slaveNo = (char)-1; strcpy(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, \"\"); voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].status = 0; }}

 6.使用 select() 监听多个文件描述符（file descriptors）的可读事件

// 清空文件描述符集合FD_ZERO(&rset);FD_SET(server_sockfd, &rset); // 将服务器套接字加入监听集合maxfd = server_sockfd; // 初始化最大文件描述符为服务器套接字// 遍历所有客户端连接，更新监听集合和最大文件描述符for (int i = 0; i  Connfd[i] ? maxfd : Connfd[i]; // 更新最大文件描述符 if (Connfd[i] > 0) // 只监听有效的连接 FD_SET(Connfd[i], &rset);  // 加入监听集合}// 调用 select() 监听 I/O 事件nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, &timeout);// 超时处理if (nready == 0) { continue; // select 超时，继续循环}

• 核心功能：使用 select() 监听服务器套接字和客户端连接的可读事件，实现 I/O 多路复用。
• 关键点：
  • FD_ZERO() + FD_SET() 初始化监听集合。
  • select(maxfd + 1, &rset, ...) 阻塞等待 I/O 事件。
  • FD_ISSET() 检查哪个文件描述符就绪。
• 改进方向：
  • 改用 epoll()/kqueue() 提高性能。
  • 增加错误处理和连接管理。
  • 动态调整超时时间。

7.处理 select() 返回的就绪文件描述符 

for (int i = 0; i < voice_MaxConnectNum; i++) { if (FD_ISSET(Connfd[i], &rset)) { // 检查 Connfd[i] 是否就绪（可读） ConnfdCurTime[i] = HeartBeatCnt; // 更新心跳时间戳 if (voice_ConTask(Connfd[i]) == -1) { // 处理客户端数据，返回 -1 表示错误 struct sockaddr_in sa = {0}; int len = sizeof(sa); // 1. 获取客户端 IP 地址（用于日志或调试） getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr *)&sa, &len); // 2. 关闭连接并清理资源 close(Connfd[i]); printf(\"Connfd Tcp__closed=%d %s\\n\", Connfd[i], inet_ntoa(sa.sin_addr)); Connfd[i] = 0; // 标记连接为无效 ConnfdCurTime[i] = 0; // 清空心跳时间戳 } }}

8.处理单个客户端连接的数据接收、解析和响应

int voice_ConTask(int sockfd) { char buffer[2048]; // 接收数据的缓冲区 memset(buffer, 0, sizeof(buffer)); // 清空缓冲区 // 1. 接收客户端数据 int len = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0); // 2. 检查是否收到 \"exit\" 命令（客户端主动关闭） if (strcmp(buffer, \"exit\") == 0) { printf(\"sockfd: %d exited.1\\n\", sockfd); return -1; // 返回 -1 表示连接需要关闭 } // 3. 检查连接是否已关闭（len=0 表示客户端断开） else if (len == 0) { printf(\"sockfd: %d exited.2\\n\", sockfd); return -1; // 返回 -1 表示连接需要关闭 } // 4. 处理有效数据 else { // 调用 voice_TaskCommand 处理数据，并返回响应长度 len = voice_TaskCommand(buffer, len); if (len > 0) { // 发送响应数据给客户端 send(sockfd, buffer, len, 0); } } return 1; // 返回 1 表示处理成功，继续保持连接}

9.TCP 服务器 处理 新客户端连接 的逻辑

// 1. 检查服务器 socket 是否可读（即是否有新连接到达）if (FD_ISSET(server_sockfd, &rset)) { struct sockaddr_in client_addr; socklen_t length = sizeof(client_addr); // 2. 接受新连接 int conn = accept(server_sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &length); if (conn < 0) { perror(\"New client connect Error\"); continue; // 接受失败，跳过本次循环 } else { printf(\"new client accepted.\\n\"); } // 3. 将新连接存入连接池（Connfd 数组） for (int i = 0; i < voice_MaxConnectNum; i++) { if (Connfd[i] == 0) { // 找到空闲位置 Connfd[i] = conn; // 存储新连接的文件描述符 printf(\"Connfd[%d]=%d\\n\\r\", i, conn); printf(\"IP:%s Connected...\\n\\r\", inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); break; // 存入后跳出循环 } // 4. 处理连接数超限 if (i == voice_MaxConnectNum - 1) { // 遍历完所有位置 printf(\"New Conn Num limit to %d \\n\\r\", voice_MaxConnectNum); close(conn); // 关闭新连接（因为无法存储） } }}

完整代码

/** * @brief TCP 服务器线程处理函数 * @param p 线程参数（结构体指针，包含线程启动标志） * @return void* 线程返回值（未使用） */void* voice_tcp_Thread_TaskProc(void* p) { // 1. 解析线程参数 struct voice_Thread_PARA_S *pstPara = (struct voice_Thread_PARA_S*)p; // 2. 创建服务器 socket（IPv4 + TCP） int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (server_sockfd < 0) { perror(\"socket creation failed\"); goto voice_tcp_Thread_TaskProcError; } // 3. 初始化连接池和心跳时间记录数组 int Connfd[voice_MaxConnectNum] = {0}; // 存储客户端连接的文件描述符 int ConnfdCurTime[voice_MaxConnectNum] = {0}; // 记录最后一次心跳时间（秒） // 4. 设置 SO_REUSEADDR 选项（避免端口占用） int reuse = 1; if (setsockopt(server_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) bThreadStart == 1) { // 7.1 获取当前时间（用于心跳检测） struct timeval tv; gettimeofday(&tv, NULL); int current_time = tv.tv_sec; // 7.2 心跳检测：关闭超时未活动的连接 for (int i = 0; i  0 && ConnfdCurTime[i] > 0 &&  (current_time - ConnfdCurTime[i] > voice_SysParameter.heartBeat)) { struct sockaddr_in client_addr; socklen_t len = sizeof(client_addr); getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr*)&client_addr, &len); // 获取客户端 IP printf(\"Heartbeat timeout, close connection: fd=%d, IP=%s\\n\", Connfd[i], inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); close(Connfd[i]); // 关闭连接 Connfd[i] = 0; // 清空连接池位置 ConnfdCurTime[i] = 0; } } // 7.3 检查设备状态（如果客户端断开，更新设备状态） for (int j = 0; j < voice_SysParameter.connectNo; j++) { if (strcmp(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, \"\") == 0) continue; int i; for (i = 0; i < voice_MaxConnectNum; i++) { if (Connfd[i] <= 0) continue; // 跳过无效连接 struct sockaddr_in client_addr; socklen_t len = sizeof(client_addr); getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr*)&client_addr, &len); if (strcmp(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, inet_ntoa(client_addr.sin_addr)) == 0) {  break; // 找到匹配的连接 } } // 如果未找到匹配连接，清空设备状态 if (i == voice_MaxConnectNum) { voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].slaveNo = -1; strcpy(voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].ip, \"\"); voice_SysParameter.SubDevState.SubDevState[j].status = 0; } } // 7.4 使用 select 监听 I/O 事件 fd_set rset; FD_ZERO(&rset); FD_SET(server_sockfd, &rset); // 监听服务器 socket（接受新连接） int maxfd = server_sockfd; for (int i = 0; i  0) { FD_SET(Connfd[i], &rset); // 监听所有客户端连接 maxfd = (Connfd[i] > maxfd) ? Connfd[i] : maxfd; // 更新最大文件描述符 } } // 设置 select 超时时间（1 秒） struct timeval timeout; timeout.tv_sec = 1; timeout.tv_usec = 0; int nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, &timeout); if (nready <= 0) continue; // 超时或错误，继续循环 // 7.5 处理客户端数据 for (int i = 0; i  0 && FD_ISSET(Connfd[i], &rset)) { ConnfdCurTime[i] = current_time; // 更新心跳时间 // 调用业务逻辑处理函数（如解析协议、处理请求） if (voice_ConTask(Connfd[i]) == -1) {  struct sockaddr_in client_addr;  socklen_t len = sizeof(client_addr);  getpeername(Connfd[i], (struct sockaddr*)&client_addr, &len);  printf(\"Client disconnected or error, close connection: fd=%d, IP=%s\\n\", Connfd[i], inet_ntoa(client_addr.sin_addr));  close(Connfd[i]);  Connfd[i] = 0;  ConnfdCurTime[i] = 0; } } } // 7.6 处理新连接 if (FD_ISSET(server_sockfd, &rset)) { struct sockaddr_in client_addr; socklen_t length = sizeof(client_addr); int conn = accept(server_sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &length); if (conn < 0) { perror(\"accept failed\"); continue; } printf(\"New client accepted: fd=%d, IP=%s\\n\",  conn, inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将新连接存入连接池 for (int i = 0; i < voice_MaxConnectNum; i++) { if (Connfd[i] == 0) {  Connfd[i] = conn;  ConnfdCurTime[i] = current_time; // 初始化心跳时间  printf(\"Connfd[%d]=%d, IP=%s Connected\\n\", i, conn, inet_ntoa(client_addr.sin_addr));  break; } // 连接数超限 if (i == voice_MaxConnectNum - 1) {  printf(\"Connection limit reached (%d), reject new client\\n\", voice_MaxConnectNum);  close(conn); // 关闭新连接 } } } } // 8. 清理资源（线程退出时） for (int i = 0; i  0) { close(Connfd[i]); Connfd[i] = 0; } } close(server_sockfd); return NULL;voice_tcp_Thread_TaskProcError: if (server_sockfd >= 0) close(server_sockfd); return NULL;}