Linux 学习笔记（四十）：TCP 编程——从理论到 EchoServer 实战

📌 核心结论（TL;DR）：

一、 TCP 核心流程解析

TCP 就像打电话，必须先建立连接。

• 服务器端：socket创建电话机，bind插卡绑定固定号码，listen开机待机，accept接听。

• 客户端：socket创建电话机，connect直接拨号。
  (注：客户端不需要手动 bind，connect 时操作系统会自动分配随机端口)

二、 为什么 accept 要返回新的套接字？

listen_fd 是负责监听是否有新连接进来的（只负责拉客），而 accept 返回的 conn_fd 才是真正用来和当前客户端通信的。如果不这样做，服务器就无法同时为多个客户端服务。

三、 实战：单进程 TCP Echo 服务器

(这里只展示核心逻辑，完整代码见文末)

// 端口复用，解决重启报错问题
int opt = 1;
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

// 接收连接
int conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);

// 通信与断线判断
int n = read(conn_fd, buffer, BUF_SIZE);
if (n > 0) {
// 正常收到数据
write(conn_fd, buffer, n);
} else if (n == 0) {
// 重点：n == 0 代表客户端关闭了连接 (收到了 FIN 包)
printf("客户端已断开连接。\\n");
break;
}

四、 踩坑记录：Address already in use

• 现象：强制 Ctrl+C 结束服务器后，立刻重新运行，报错 bind error: Address already in use。

• 原因：TCP 连接断开时，主动断开方会进入 TIME_WAIT 状态，占用端口一段时间（通常是 2MSL，约 1 分钟），防止最后一个 ACK 丢失导致连接混乱。

• 解决：在 bind 前调用 setsockopt 设置 SO_REUSEADDR，允许端口复用。

五、 局限性

当前的服务器是单进程、单线程的。一旦 accept 成功，服务器就陷入了 while(read) 的阻塞。此时，第二个客户端连都连不进来。

自我实战操作

cd ~/linux_study/network_test

服务端 tcp_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 9999
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

// 端口复用，防止重启时 Address already in use
int opt = 1;
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
listen(listen_fd, 5);
printf("TCP 服务器启动，监听端口 %d…\\n", PORT);

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);

// 核心：阻塞等待客户端连接
int conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);
printf("接到客户端 %s:%d\\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

char buffer[BUF_SIZE];
while (1) {
int n = read(conn_fd, buffer, BUF_SIZE – 1);
if (n > 0) {
buffer[n] = '\\0';
printf("收到消息: %s\\n", buffer);
write(conn_fd, buffer, n); // Echo回显
} else if (n == 0) {
// 核心：客户端断开
printf("客户端断开了连接。\\n");
break;
}
}
close(conn_fd);
close(listen_fd);
return 0;
}

客户端 tcp_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 9999
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr);

if (connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
perror("connect"); return 1;
}

char buffer[BUF_SIZE];
while (1) {
printf("请输入: ");
fgets(buffer, BUF_SIZE, stdin);
buffer[strcspn(buffer, "\\n")] = 0;
if (strcmp(buffer, "quit") == 0) break;

write(sock_fd, buffer, strlen(buffer));
int n = read(sock_fd, buffer, BUF_SIZE – 1);
if (n > 0) {
buffer[n] = '\\0';
printf("回显: %s\\n", buffer);
}
}
close(sock_fd);
return 0;
}

编译运行：开两个终端，跑起服务端和客户端，发消息测试。测试完在客户端按 Ctrl+C 断开，看看服务端是不是打印了“客户端断开”。