【Linux TCP Socket 实战】 从单客户端到多客户端回声服务器

前言

这是一篇基于实战笔记整理的 Linux 网络编程入门博客，全程围绕 TCP 回声服务器/客户端 展开，从核心流程到代码实现，从编译运行到坑点排查，再到多客户端拓展，所有内容均贴合原始笔记图片，通俗化讲解每一个关键知识点，帮你快速入门 Linux C 语言 Socket 编程。

1. TCP Socket 通信核心流程

首先，我们先明确 TCP 协议的核心特性：面向连接、可靠传输，简单说就是通信双方必须先“建立连接”，才能传递数据，通信结束后还要“断开连接”。而实现这一过程的核心流程，笔记里已经清晰梳理，对应如下图片：

1.1 服务端（被动等待连接）

服务端是“被动接收连接”的一方，流程一步都不能少，总结为 6 步：

1.2 客户端（主动发起连接）

客户端是“主动找服务端”的一方，流程相对简洁，总结为 5 步：

小贴士：从图片里能看到，客户端没有 bind() 步骤，这是因为内核会自动给客户端分配一个临时端口和本机 IP，无需手动配置，简化了客户端的开发。

下面我们通俗化讲解每个函数，同时附上可直接使用的代码片段。

2.1 socket()：创建套接字

函数作用：创建一个用于通信的套接字，返回一个文件描述符（Linux 里“一切皆文件”，套接字也不例外，后续的读写操作都基于这个文件描述符）。

函数原型：

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

核心参数：

代码示例（含错误处理）：

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

int main() {
// 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == –1) { // 返回 -1 表示创建失败
perror("socket create failed"); // 打印错误信息
exit(1); // 退出程序
}
printf("套接字创建成功，文件描述符：%d\\n", sock_fd);
close(sock_fd); // 关闭套接字
return 0;
}

2.2 bind()：绑定 IP 和端口

函数作用：给服务端的套接字绑定固定的 IP 地址和端口号，让客户端能找到它。

函数原型：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

核心要点：

代码示例（含错误处理）：

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

#define PORT 8888 // 定义端口号

int main() {
// 1. 创建套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == –1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}

// 2. 初始化 sockaddr_in 结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清空结构体
server_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族：IPv4
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 端口号：转换为网络字节序
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定本机所有网卡地址

// 3. 绑定 IP 和端口
int ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (ret == –1) {
perror("bind failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("IP 和端口绑定成功，端口：%d\\n", PORT);

close(sock_fd);
return 0;
}

新手坑点：如果直接写 server_addr.sin_port = PORT; 而不做 htons() 转换，大概率会绑定失败，图片里特意标注了这一点，一定要注意。

2.3 listen()：开启监听

函数作用：让服务端的套接字进入“监听状态”，等待客户端发起连接。

函数原型：

int listen(int sockfd, int backlog);

核心参数：

代码示例：

// 接上面 bind() 成功后的代码
ret = listen(sock_fd, 5);
if (ret == –1) {
perror("listen failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("监听开启成功，等待客户端连接…\\n");

2.4 accept()：阻塞等待客户端连接

函数作用：阻塞等待客户端的连接请求，有连接到来时，会创建一个新的套接字（用于和当前客户端交互），原套接字继续监听新的连接。

函数原型：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

核心要点：

代码示例：

// 接上面 listen() 成功后的代码
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == –1) {
perror("accept failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("客户端连接成功，新套接字描述符：%d\\n", conn_fd);

2.5 connect()：客户端发起连接

函数作用：客户端指定服务端的 IP 和端口，发起 TCP 连接（三次握手）。

函数原型：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

代码示例（客户端）：

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

#define PORT 8888
#define SERVER_IP "127.0.0.1" // 服务端 IP（本地测试）

int main() {
// 1. 创建套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == –1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}

// 2. 初始化服务端地址结构体
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 = inet_addr(SERVER_IP);

// 3. 发起连接
int ret = connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (ret == –1) {
perror("connect failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("连接服务端成功！\\n");

close(sock_fd);
return 0;
}

2.6 read()/write()：数据交互

函数作用：通过套接字文件描述符，实现客户端和服务端之间的数据读写（发送和接收）。

函数原型：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

核心要点：

代码示例（服务端回显数据）：

// 接上面 accept() 成功后的代码
#define BUF_SIZE 1024
char buf[BUF_SIZE];

while (1) {
// 读取客户端发送的数据
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE – 1); // 留 1 个字节给 '\\0'
if (n == –1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("客户端关闭连接\\n");
break;
}

// 手动添加字符串结束符，避免乱码
buf[n] = '\\0';
printf("收到客户端数据：%s\\n", buf);

// 回显数据给客户端（把收到的数据原封不动发回去）
write(conn_fd, buf, n);
}

close(conn_fd);
close(sock_fd);

2.7 close()：关闭套接字

函数作用：关闭套接字文件描述符，释放系统资源。

函数原型：

int close(int fd);

核心要点：

3. 完整代码实现（服务端 + 客户端）

结合上面的函数解析，笔记里给出了完整的服务端和客户端代码，对应如下图片：

3.1 服务端完整代码（server.c）

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

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
// 1. 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == –1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}

// 优化：设置套接字地址复用，避免端口占用问题
int opt = 1;
setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

// 2. 初始化服务端地址结构体
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;

// 3. 绑定 IP 和端口
if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == –1) {
perror("bind failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}

// 4. 开启监听
if (listen(sock_fd, 5) == –1) {
perror("listen failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("服务端启动成功，监听端口 %d，等待客户端连接…\\n", PORT);

// 5. 阻塞等待客户端连接，处理数据交互
while (1) {
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == –1) {
perror("accept failed");
continue;
}
printf("客户端连接成功，开始数据交互…\\n");

char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
// 读取客户端数据
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE – 1);
if (n == –1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("客户端关闭连接，等待新的客户端…\\n");
break;
}

// 手动添加结束符，避免乱码
buf[n] = '\\0';
printf("收到客户端：%s\\n", buf);

// 回显数据给客户端
write(conn_fd, buf, n);
}

// 关闭当前客户端套接字
close(conn_fd);
}

// 6. 关闭监听套接字（实际运行中这里不会执行，因为上面是无限循环）
close(sock_fd);
return 0;
}

3.2 客户端完整代码（client.c）

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

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main(int argc, char *argv[]) {
// 检查命令行参数（需要传入服务端 IP）
if (argc != 2) {
printf("使用方法：%s <服务端IP>\\n", argv[0]);
exit(1);
}
char *server_ip = argv[1];

// 1. 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == –1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}

// 2. 初始化服务端地址结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
if (inet_addr(server_ip) == INADDR_NONE) {
printf("无效的服务端 IP\\n");
close(sock_fd);
exit(1);
}
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);

// 3. 连接服务端
if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == –1) {
perror("connect failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("连接服务端 %s:%d 成功，开始发送数据（按 Ctrl+D 退出）\\n", server_ip, PORT);

// 4. 数据交互：从键盘读取输入，发送给服务端，接收回显
char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
printf("请输入要发送的数据：");
ssize_t n = fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
if (n == –1 || n == 0) { // 读取到 EOF（Ctrl+D）
printf("退出客户端\\n");
break;
}

// 发送数据给服务端（fgets 会读取换行符，一起发送）
write(sock_fd, buf, n);

// 接收服务端回显数据
memset(buf, 0, sizeof(buf));
n = read(sock_fd, buf, BUF_SIZE – 1);
if (n == –1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("服务端关闭连接\\n");
break;
}

buf[n] = '\\0';
printf("收到服务端回显：%s\\n", buf);
}

// 5. 关闭套接字
close(sock_fd);
return 0;
}

4. 编译与运行实战

代码写好后，需要在 Linux 环境下编译和运行，笔记里给出了详细的操作步骤和运行效果，对应如下图片：

4.1 编译命令（gcc 编译器）

Linux 下使用 gcc 编译器编译 C 代码，生成可执行文件，命令如下：

# 编译服务端代码，生成可执行文件 server
gcc server.c -o server

# 编译客户端代码，生成可执行文件 client
gcc client.c -o client

小贴士：如果编译时报错“头文件未找到”，说明缺少必要的开发库，可安装 libc6-dev 解决（Ubuntu/Debian 系统）：

sudo apt-get install libc6-dev

4.2 运行步骤（必须先启服务端，再启客户端）

4.3 运行效果（回声服务器）

5. 新手常见坑点排查

运行过程中很容易遇到各种问题，笔记里总结了最常见的 3 个坑点和解决方法，对应如下图片：

5.1 坑点 1：bind 失败，提示 Address already in use（地址/端口被占用）

问题现象：编译成功后，启动服务端时，报错 bind failed: Address already in use。

排查命令：查看 8888 端口的占用进程，二选一即可：

# 方法 1：netstat 命令（需要安装 net-tools）
netstat -anp | grep 8888

# 方法 2：lsof 命令（需要安装 lsof）
lsof -i:8888

解决方法：

5.2 坑点 2：connect 失败，提示 Connection refused（连接被拒绝）

问题现象：客户端启动后，报错 connect failed: Connection refused。

常见原因：

排查步骤：

5.3 坑点 3：数据读写乱码

问题现象：客户端和服务端能正常通信，但打印的数据有乱码（如“???”“烫烫烫”）。

问题原因：read() 读取的数据是纯字节流，没有字符串结束符 '\\0'，而 printf() 打印字符串时，需要以 '\\0' 结尾，否则会继续读取内存中的垃圾数据，导致乱码。

解决方法：read() 成功后，按实际读取的字节数给缓冲区添加 '\\0'（已经包含在上面的完整代码中）：

ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE – 1);
if (n > 0) {
buf[n] = '\\0'; // 手动添加字符串结束符
}

6. 进阶拓展：单客户端 → 多客户端处理

上面的是单客户端版本，
服务端一次只能处理一个客户端，其他客户端需要等待当前客户端关闭连接后才能接入，：

6.1 多客户端处理三大方案

6.2 多进程方案核心实现（修改服务端代码）

核心逻辑：服务端 accept() 成功后，调用 fork() 创建子进程，子进程处理当前客户端的 read/write 交互，父进程关闭当前客户端套接字，继续 accept() 等待新的客户端。

关键修改点：

多进程服务端核心代码片段：

// 引入信号处理头文件
#include <signal.h>

int main() {
// … 前面的 socket()/bind()/listen() 代码不变 …

// 忽略 SIGCHLD 信号，内核自动回收子进程资源，避免僵尸进程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

printf("服务端启动成功，监听端口 %d，等待客户端连接…\\n", PORT);

while (1) {
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == –1) {
perror("accept failed");
continue;
}
printf("有新客户端连接，创建子进程处理…\\n");

// fork() 创建子进程
pid_t pid = fork();
if (pid == –1) {
perror("fork failed");
close(conn_fd);
continue;
} else if (pid == 0) {
// 子进程：关闭监听套接字，处理当前客户端交互
close(sock_fd);

char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE – 1);
if (n == –1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("当前客户端关闭连接，子进程退出\\n");
break;
}

buf[n] = '\\0';
printf("子进程收到数据：%s\\n", buf);
write(conn_fd, buf, n);
}

// 子进程关闭客户端套接字，退出
close(conn_fd);
exit(0);
} else {
// 父进程：关闭客户端套接字，继续等待新连接
close(conn_fd);
}
}

close(sock_fd);
return 0;
}

运行效果：启动服务端后，可以同时启动多个客户端，每个客户端都能和服务端独立进行回声交互，互不影响。

7. 补充知识点：网络字节序与主机字节序

笔记里还补充了字节序的知识点，解决新手“为什么要加 htons()”的疑惑，对应如下图片：

7.1 什么是字节序？

字节序是指多字节数据在内存中的存储顺序，主要分为两种：

7.2 为什么需要转换？

因为不同主机的字节序可能不同，如果直接传输数据，会导致数据解析错误，所以 TCP/IP 协议规定：网络传输的数据必须使用网络字节序，因此需要将主机字节序转换为网络字节序，反之亦然。

7.3 常用转换函数

小贴士：inet_addr() 函数在转换 IP 地址时，内部已经做了 htonl() 转换，因此无需手动转换 IP 地址，只需要手动转换端口号即可。