046 网络编程套接字网络编程套接字 1. 预备知识 1. 源 IP 地址 & 目的 IP 地址是什么：负责跨网络

网络编程套接字

1. 预备知识

1. 源 IP 地址 & 目的 IP 地址

是什么：
- 负责 跨网络 的全球寻址，由 路由器 使用。
- 源 IP：发件人所在的“城市 + 街道”的网络位置。
- 目的 IP：收件人所在的网络位置。
理解：
- 在互联网中，IP 就是定位“哪台主机”。
- 源 IP 说的是 “我是从哪里发的”，目的 IP 说的是 “我要送到哪去”。

2. 源 MAC 地址 & 目的 MAC 地址

是什么：
- MAC 是网卡的身份证，唯一标识一块网卡。负责 局域网内 的设备寻址，由 交换机 使用。
- 源 MAC：是当前发出这个数据帧的设备（比如你家的路由器或你的电脑）的网卡物理地址。
- 目的 MAC：是 当前这一跳 要送达的设备（比如你家的路由器，或者下一个网络的交换机）的网卡物理地址。
理解：
- MAC 负责在 同一个局域网 里找到对方机器。即使两个设备的 IP 地址在不同网段，中间的路由器也会逐跳修改 MAC 地址来转发数据。
- 示例：MAC 地址只在“本地”有效。就像快递从你家送到小区快递站，靠的是小区内部的三轮车（车牌号 A），这时“目的 MAC”是快递站；当快递从上海发往北京时，负责这段运输的是一辆大货车（车牌号 B），这时“目的 MAC”就是北京的中转仓库。IP 地址不变（收件人始终是北京的朋友），但每一段路的“运输车”（MAC 地址）都在变。

3. 源端口号 & 目的端口号

是什么：
- 负责 主机内部 的应用程序寻址，由 操作系统 使用。
- 目的端口号：是服务的“电话号码”。比如你想访问网页，就打 80 号（HTTP）；想传文件，就打 21 号（FTP）。它告诉目标主机：“我要找你家哪个应用程序！”
- 源端口号：是你这边临时生成的一个“回拨号码”。比如你的电脑随机选了个 50000 号。它告诉对方：“我找你家的 21 号（FTP），你回复我的话，请打 50000 号。”
理解：
- 示例：一台电脑上可能同时有微信、浏览器、游戏等多个程序在上网。IP 地址只能把包裹送到“这台电脑”，而 端口号决定了这个包裹具体是给微信、还是给浏览器的。它实现了“一台主机，多程序同时通信”。

[!NOTE]

为什么引入“端口”而不是直接使用进程 PID？

我们发现端口和进程的 pid 十分相似，都能用于标识程序（进程）的唯一，那么为什么引入“端口”而不是直接使用进程 PID？

1. 端口 ≠ PID

PID（进程 ID）：操作系统内部标识某个正在运行的进程，只在本机有效，并且随 OS 调度，每次执行的 pid 都不同。

端口号：网络通信里的标识符，用来告诉 接收到的数据包应该交给哪一个程序。它必须有几个特点：

跨主机一致性：同一个端口号在不同机器上也能表示同类服务（比如 HTTP 默认端口 80）。

协议无关：端口号只和 TCP/UDP 协议挂钩，不依赖操作系统的 PID 管理。

隔离与安全：用户程序不能直接访问其他进程的 PID，而端口号可通过系统分配公开给网络层使用。

2. 为什么不直接用 PID？

解决跨主机问题：PID 是本地可变的，不同主机 PID 没意义，网络发包会搞不清楚收件程序是谁，而端口是网络通用的。

实现服务抽象：端口号提供抽象层，让网络层只关心“哪条程序逻辑要接收数据”，不关心 OS 如何调度进程。端口标识服务类型（如 Web、邮件），而不是具体的进程实例。

降低耦合性：传输层协议只依赖端口，不依赖操作系统的 PID，实现了协议栈的分层和解耦。

标准化服务：一些端口号有固定含义（如 HTTP 80，HTTPS 443），不同机器、不同系统都能互相理解，服务可以更换软件、重启，只要端口不变，对外服务就不中断，而 PID 没法做到这一点。

所以：

PID = 家里某个家庭成员的身份证号 → 对邮局毫无意义。

端口号 = 房间号 → 邮递员知道把信送到哪个房间，不管家庭成员是谁。

端口号把“进程内部细节”和“网络通信”隔离开，保证协议跨主机可用，降低耦合。

所以他们的关系就像送快递：

IP 地址 = 总快递单 → 从发货到收货，全程都指向同一个目的地（不变）。

MAC 地址 = 中转贴纸 → 每经过一站，都会换成下一站的发件人/收件人（一直变化：Mac 地址出局域网之后，源和目都要被丢弃，让路由器重新封装）。

端口号 = 楼里具体的房间号（找准哪个程序收）。

4. TCP VS UDP（直观认识，后面详细讨论）

1. TCP：像“打电话”或“挂号快递”

有连接：就像打电话，你必须先拨号（建立连接），等对方说“喂，你好”（连接确认）之后，你们才能开始说话。通信结束时，还要说“再见”（断开连接）。
传输可靠：就像寄挂号快递。快递公司会确保包裹（数据）一定能送到，并且是完整无损的。如果路上丢了，他们会帮你找回或重寄。在 TCP 中，数据发送后，接收方必须回复“我收到了”（确认应答），如果没收到回复，发送方就会重发。
面向字节流：就像你们在电话里连续不断地说话，没有明确的“段落”划分。TCP 把数据看作一个连续的、没有固定边界的“字节流”。你发了“你好”和“世界”，接收方可能收到“你好世”和“界”，也可能收到“你好世界”，它需要自己判断消息的边界（这叫“粘包”问题，需要应用层自己解决）。

TCP：可靠、有序、有连接。适合对数据准确性要求高的场景，比如：网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件下载、发送邮件。

2. UDP：像“发短信”或“普通平邮”

无连接：就像发短信，你不需要先打电话确认对方开机，直接输入内容发送就行。UDP 发送数据前，不需要和对方建立任何连接。
传输不可靠：就像发普通平邮。你把信（数据包）投进邮筒就完事了，至于信会不会丢、会不会被撕坏、会不会晚到，邮局（网络）不保证。UDP 发送数据后，不会管对方有没有收到。
面向数据报：就像每条短信都是一个独立的“数据包”。你发一条“你好”，就是一条完整的信息；再发一条“世界”，是另一条独立的信息。接收方收到的就是一个个完整、有明确边界的“数据报”，不会出现“粘包”或“拆包”的问题。

UDP：快速、简单、无连接、不保证可靠。适合对速度要求高、能容忍少量丢失的场景，比如：在线视频/语音通话（QQ、微信）、直播、网络游戏、DNS 查询。

[!IMPORTANT]

TCP：追求“必须送到，且顺序正确”，所以慢但稳。

UDP：追求“快，立刻发出去”，所以快但可能丢。

5. 网络字节序

1. 发展与由来

大小端的起源：大小端源于计算机内部多字节数据（如整数）在内存中的存储方式差异。这种 多字节数据在内存中存放顺序 差异源于早期 CPU 架构设计，并无绝对优劣，CPU 在内部处理数据时，按自己的方式最方便，高效，却也导致不同硬件平台存在分歧。
- 大端：数据的 高位字节 存储在 低内存地址，低位字节存储在高地址（类似人书写数字的顺序，如 0x1234 存储为 12 34）。
- 小端：数据的 低位字节 存储在 低内存地址，高位字节存储在高地址（如 0x1234 存储为 34 12）。
网络字节序的诞生：当不同大小端的机器需要跨网络通信时，若直接发送原始字节流，接收方可能解析错误（例如小端机发送的 34 12 被大端机解读为 0x3412 而非 0x1234）。为解决此问题，TCP/IP 协议强制规定网络字节序统一为大端（也称“网络序”），确保所有设备在传输层达成一致。

2. 为何没有统一解决？

硬件设计的多样性：大小端的选择涉及 CPU 架构、性能优化和兼容性，历史上不同厂商有不同架构，没办法强制统一。
向后兼容性：改变现有系统的字节序会导致海量软件失效，成本过高。因此，只能通过协议层（如 TCP/IP）在传输时进行转换，而非根除底层差异。

3. 发送和接收

为了在不同 CPU 架构通信时，保证数字解释一致。网络协议规定统一字节序：TCP/IP 定义 大端字节序（最高有效字节在最前面），从而屏蔽了硬件差异。即：不管本机是大端还是小端，都要转换成大端再发送。

发送端：
- 大端机 → 直接发送。
- 小端机 → 先把数据转成大端再发。
接收端：
- 收到数据 → 如果本机是小端机，再把数据转成小端处理。

执行以下代码，进行内存测试即可验证自己机器的大小端。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   unsigned int x = 0x12345678;
   unsigned char* p = (unsigned char*)&x;
   if (p[0] == 0x12)
   {
       cout << "大端" << endl;
   }
   else
   {
       cout << "小端" << endl;
   }

   return 0;
}

2. socket 编程接口

网络编程套接字（一） | CSDN（荐）

socket 到底是什么? | B 站

套接字就是操作系统给程序和网络接口之间的一层统一抽象。

1. 为什么要抽象套接字

套接字是操作系统提供的一个编程接口（API），用于实现不同场景下的通信。根据通信范围和需求，主要分为三类：

域间套接字：用于同一台主机内部的进程间通信（IPC）。不走网络协议栈，通过文件系统中的一个特殊文件作为通信端点，效率远高于网络套接字。
网络套接字： 用于不同主机之间的网络通信，比如个人电脑和百度服务器，使用 IP 地址 + 端口号 来定位目标（常见、广泛）。
原始套接字： 允许程序直接访问底层网络协议（如 IP、ICMP），通常用于开发网络工具（如 ping）或需要自定义协议头的场景。它绕过了传输层（TCP/UDP）。

系统调用希望 函数原型统一，而不是每种地址类型写一个不同函数。因此套接字提供了 sockaddr_in 结构体和 sockaddr_un 结构体，其中 sockaddr_in 结构体是用于跨网络通信的，而 sockaddr_un 结构体是用于本地通信的。

为了让套接字的网络通信和本地通信能够使用同一套函数接口，于是就出现了 sockeaddr 结构体，它跟 sockaddr_in、sockaddr_un 的结构都不相同，但这三个结构体头部的 16 个比特位都是一样的，这个字段叫做协议家族。

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2. `socket` —— 创建套接字

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

参数：

domain：地址族，常用 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_UNIX（本地）。
type：套接字类型，常用 SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）。
protocol：协议，通常设为 0（自动选择）。

返回值：成功返回套接字描述符（文件描述符，非负整数），失败 -1（需检查 errno）。

3. `struct sockaddr_in` —— IPv4 地址结构体

struct sockaddr_in 可以使用 man 7 ip 命令进行查询。

结构体原型：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in
{
    sa_family_t    sin_family;   // 地址族，必须是AF_INET
    in_port_t      sin_port;     // 16位端口号(网络字节序)，需用htons()转换
    struct in_addr sin_addr;     // 32位IP地址(网络字节序)
    // unsigned char sin_zero[8];   // 通常不用，填充为0，使结构大小与sockaddr一致
};

struct in_addr
{
    uint32_t       s_addr;       // 32位整数表示的IP地址(网络字节序)
};

简化理解：

struct sockaddr_in          // IPv4 的地址结构体
    ├── sin_family          // 地址族，AF_INET
    ├── sin_port            // 端口号
    ├── sin_addr            // IP 的结构体
    ├── s_addr              // 实际 IP 地址

说明：

sin_family 固定为 AF_INET。
sin_port：范围为 0~65535，通常选择 1024 及以上，原因：
- 0~1023 是 知名端口（如 HTTP 的 80、FTP 的 21），属于系统内定的端口号，一般有固定的应用层协议使用，通常需要 root 权限才能绑定。
- 1024~49151 是 注册端口，用于特定服务（如 MySQL 的 3306）。
- 49152~65535 是 动态 / 临时端口，通常用于客户端随机分配。
struct in_addr 内部包含一个 32 位无符号整数 s_addr，表示 IPv4 地址（网络字节序）。
- INADDR_ANY（0.0.0.0 网络字节序，无需额外转）： 表示绑定任意本地地址，监听所有本地 IP。
- 具体 IPv4 地址（如 192.168.1.100），需要通过 inet_addr() 或 inet_pton() 将字符串格式的 IP 转换为网络字节序：
  - inet_addr("192.168.1.100")：直接返回网络字节序的 32 位地址。
  - inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &sin_addr)：更推荐的现代方法（支持 IPv6）。
- INADDR_LOOPBACK（不常用）表示本地回环地址，用于本地进程间通信。

注意：使用时需先初始化（用 bzero() 或 memset() 清零），避免随机值导致错误。初始化示例：

struct sockaddr_in addr;
bzero(&addr, sizeof(addr));          // 清零结构体
addr.sin_family = AF_INET;           // IPv4
addr.sin_port = htons(8080);         // 端口号(主机字节序转网络字节序)
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;   // 任意本地IP(0.0.0.0)
// 或指定IP: addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");

4. `bzero / memset` —— 清零结构体内存

函数原型：

#include <strings.h>
void bzero(void *s, size_t n);    // POSIX 接口，初始化 sockaddr_in
#include <cstring>
void *memset(void *s, int c, size_t n); // 推荐

使用示例（将内存块清零）：

struct sockaddr_in addr;
bzero(&addr, sizeof(addr));
// 或
memset(&addr, 0, sizeof(addr));

5. `htons/htonl/ntohs/ntohl` —— 字节序转换函数（保证大小端传输/解析）

函数原型：

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);  // 主机short(字节序) → 网络short(字节序，端口用，短整型）
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);   // 主机long(字节序) → 网络long(字节序，IP用，长整型）
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);   // 网络short(字节序) → 主机short(字节序，短整型)
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);    // 网络long(字节序) → 主机long(字节序，长整型)

要点：参数就是所谓的端口号，端口用 htons(port)；IPv4 32 位值用 htonl(x) 或 inet_addr()。

6. `inet_addr / inet_aton / inet_ntoa / inet_pton / inet_ntop` —— IP 地址转换函数

不使用函数，手动实现（推荐：结构体）：网络编程套接字（一） | CSDN（荐）

函数原型：

#include <arpa/inet.h>
// 注意：使用 struct sockaddr_in 结构体时，要注意对应的转型！！

// IPv4：字符串 → 32位网络字节序IP
in_addr_t inet_addr(const char* cp);                    // 参数：IP 字符串(192.168.1.1)

// IPv4：字符串 → in_addr 结构（推荐替代 inet_addr）
int inet_aton(const char* cp, struct in_addr* inp);     // 第二个参数就是 IP 的结构体（struct in_addr*）

// IPv4：网络字节序 in_addr → 字符串
char* inet_ntoa(struct in_addr in);                     // 参数：IP 的结构体（struct in_addr）

// 通用（推荐）：字符串 → 地址结构（IPv4/IPv6）
int inet_pton(int af, const char* src, void* dst);      // 参数依次是：地址族，IP 字符串，一个外部的缓冲区地址

// 通用（推荐）：地址结构 → 字符串（IPv4/IPv6）
const char* inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t size);
// 参数依次是：地址族，IP 的结构体，一个外部的缓冲区地址，缓冲区大小

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 使用示例：
struct sockaddr_in addr;
struct in_addr ip;
char buffer[16];
bzero(&addr, sizeof(addr));                          // 清空结构体
addr.sin_family = AF_INET;                           // IPv4协议
addr.sin_port = htons(8080);                         // 设置端口（转网络字节序）

// 1. inet_addr: 字符串IP → 网络字节序整数（32位）
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");

// 2. inet_aton: 字符串IP → in_addr结构（更安全）
inet_aton("192.168.1.100", &addr.sin_addr);

// 3. inet_ntoa: in_addr → 字符串IP（注意：返回静态缓冲区）
printf("IP: %s\n", inet_ntoa(addr.sin_addr));

// 4. inet_pton: 字符串 → 二进制IP（推荐，支持IPv6）
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &addr.sin_addr);

// 5. inet_ntop: 二进制IP → 字符串（推荐，线程安全）
inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, buffer, sizeof(buffer));

简短实用：

转 IP → 网络字节序（二进制）
- IPv4：inet_aton() ✅
- IPv4/IPv6：inet_pton() ✅（推荐）
- 一般不建议：inet_addr()（出错返回值和合法地址可能混淆）
转网络字节序（二进制） → 字符串
- IPv4：inet_ntoa()（返回静态区指针，非线程安全）
- IPv4/IPv6：inet_ntop() ✅（推荐，线程安全）
af 参数：
- AF_INET → IPv4。
- AF_INET6 → IPv6。

IPv4 简单写：inet_aton / inet_ntoa。

兼容 IPv4/IPv6、线程安全：优先用 inet_pton / inet_ntop。

7. `bind` —— 绑定套接字与地址（服务器必做）

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数：

sockfd：socket() 返回的套接字描述符。
addr：指向地址结构体的指针（通常传入 sockaddr_in 并强制转换为 sockaddr*）。
addrlen：地址结构体的长度/大小（sizeof(struct sockaddr_in)）。

返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

注意：服务器必须 绑定固定端口，客户端通常不需要（系统自动分配临时端口）。

1-7 的接口属于 TCP 和 UDP 共用，8-10 算是 TCP 的专用函数了。

8. listen —— 服务器监听

函数原型：
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
参数：

sockfd：已绑定的 TCP 套接字。

backlog：等待连接队列的最大长度，通常设为 5-10（超过则新连接被拒绝）。

返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

9. accept —— 服务器接受连接

函数原型：
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数：

sockfd：listen() 监听的套接字。

addr：输出参数，存储客户端地址（需预先分配空间）。

addrlen：输入输出参数，传入 addr 大小，返回实际地址长度。

返回值：成功返回 新的套接字描述符（专门用于与该客户端通信），失败返回 -1。

注意：阻塞函数，若无连接则一直等待。

10. connect —— 客户端连接服务器

函数原型：
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// 参数：要连接的服务器地址，端口号，超时时间（用来设置连接尝试的最长时间）
参数：与 bind() 类似，但 addr 是服务器的地址。

返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

11. 数据传输函数 `send/recv` —— TCP 收发

函数原型：

#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

send → 我要把这段数据，发给已经连接的对方。
recv → 我要从已经连接的对方那里接收一段数据。

参数对比：

参数	`send` 参数	`recv` 参数	相同点	不同点
1. socket 文件描述符	`int sockfd`	`int sockfd`	都是已连接的套接字（由 `accept()` 或 `connect()` 得到）	无
2. 数据缓冲区	`const void *buf`	`void *buf`	都是存放数据的内存区域	`send` 的数据是只读的（要发出去），`recv` 的数据是可写的（接收进来）
3. 缓冲区长度/大小（字节数）	`size_t len`	`size_t len`	都表示操作的数据字节数	无
4. 标志位（一般为 0）	`int flags`	`int flags`	都可设置特殊行为（如非阻塞、等待模式）	一般用 `0`，也可指定 `MSG_NOSIGNAL`（`send` 阻止 SIGPIPE）或 `MSG_WAITALL`（`recv` 等到缓冲区填满才返回）

返回值：

send()：
- 成功：返回实际发送的字节数（可能 小于请求长度，应用层需要循环 send）。
- 失败：返回 -1 并设置 errno（如 EPIPE 表示对方已关闭连接）。
recv()：
- 成功：返回实际接收的字节数。
- 返回 0：表示对方已正常关闭连接（EOF）。
- 失败：返回 -1 并设置 errno（如 ECONNRESET 表示连接被对方重置）。

TCP 是 字节流：一次 send 不保证对方一次 recv 就读满，注意循环收发。

12. 数据传输函数 `sendto/recvfrom` —— UDP 收发

函数原型：

#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sendto → 我要把这段数据，发给某个地址。
recvfrom → 我要接收一段数据，同时想知道它是从哪来的。

参数：

参数	`sendto` 参数	`recvfrom` 参数	相同点	不同点
1. socket 文件描述符	`int sockfd`	`int sockfd`	都是由 `socket()` 创建的套接字，指明操作的对象	无
2. 数据缓冲区	`const void *buf`	`void *buf`	都是存放数据的内存区域	`sendto` 的数据是只读的（要发出去），`recvfrom` 的数据是可写的（接收进来）
3. 缓冲区长度/大小（字节数）	`size_t len`	`size_t len`	都表示操作的数据字节数	无
4. 标志位（一般为 0）	`int flags`	`int flags`	都可设置特殊行为（如非阻塞、等待模式）	通常 `sendto` 默认用 `0`，`recvfrom` 可能会用 `MSG_WAITALL` 等
5. 地址结构（需要转型）	`const struct sockaddr *dest_addr`	`struct sockaddr *src_addr`	都是 `struct sockaddr*` 类型，用来描述网络地址	`sendto` 需要指定目标地址（发给谁），`recvfrom` 获取对方地址（谁发来的）
6. 地址结构大小	`socklen_t addrlen`	`socklen_t *addrlen`	都与地址结构体长度相关	`sendto` 传值（只读，告诉内核目标地址长度），`recvfrom` 传指针（可写，内核回填实际地址长度）

相同的返回值：

成功： 返回实际发送/接收的字节数（ssize_t 类型，正整数）；
失败： 返回 -1 并设置 errno（常见如：EINVAL 参数无效，EAGAIN 非阻塞模式下暂时无数据，ECONNREFUSED 目标不可达等）。

UDP 是报文：一发一收，天然有包界；长度超 MTU 可能被分片/丢弃。

13. `close()` —— 关闭套接字

函数原型：

#include <unistd.h>
int close(int fd);

作用：关闭套接字描述符，释放资源。

返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

3. 理解协议与对应的服务器和客户端通信流程

1. UDP

1. UDP 服务器 (Server)

.
├── socket()							// 1. 创建一个UDP套接字
├── 配置服务器地址(sockaddr_in)			// 2. 准备自己的地址信息
│   ├── bzero / memset							// - 清零结构体
│   ├── serv_addr.sin_family					// - 指定IPv4
│   ├── serv_addr.sin_port						// - 指定端口号
│   └── serv_addr.sin_addr.s_addr				// - 指定IP地址
├── bind()								// 3. 将套接字与地址绑定 (正式“调频道”)
├── recvfrom()							// 4. 等待并接收客户端消息
│   ├── 参数中会返回客户端地址(cli_addr)			// - 知道是谁发来的
│   └── 参数中会返回消息内容(buffer)				// - 得到消息内容
├── sendto()							// 5. 给客户端发送回复
│   ├── 指定目标地址(cli_addr)					// - 回复给刚才发消息的客户端
│   └── 发送回复内容
└── close()								// 6. 关闭套接字

2. UDP 客户端 (Client)

.
├── socket()						// 1. 创建一个UDP套接字
├── 配置服务器地址(sockaddr_in)		// 2. 准备要发往的服务器地址
│   ├── bzero / memset()						// - 清零结构体
│   ├── serv_addr.sin_family					// - 指定IPv4
│   ├── serv_addr.sin_port						// - 服务器端口
│   └── serv_addr.sin_addr.s_addr				// - 服务器IP
├──(可选) 配置客户端地址				// 3. 如果需要，可以显式绑定客户端端口
│   ├── bzero / memset()
│   ├── cli_addr.sin_family
│   ├── cli_addr.sin_port						// 指定一个固定端口，或让系统自动分配
│   └── cli_addr.sin_addr.s_addr				// 通常用任意IP
├──(可选) bind()						// 4. 显式绑定客户端端口 (如果第3步配置了)，可以不需要，系统会自动分配一个临时端口
├── sendto()						// 5. 给服务器发送请求
├── recvfrom()						// 6. 等待并接收服务器的回复
│   ├── 参数中会返回服务器地址(serv_addr)			// - 确认是预期的服务器回复
│   └── 参数中会返回回复内容(buffer)
└── close()							// 7. 关闭套接字

3. UDP 就像“发微信语音消息”

你和朋友在不同的地方，你录了一段语音：“我在东门等你！”，然后发给了他的微信号。

socket()：你们都装了微信（通信工具准备好了）。
bind()：你注册了微信号（相当于绑定 IP 和端口），别人能通过这个号找到你。
sendto()：你发送语音，指定了发给“朋友的微信号”（目标 IP+端口）。
recvfrom()：朋友的微信收到了消息，他知道是你发的，也听到了内容。

特点：

你发完就不管了，不确认他有没有收到（不可靠）。
如果网络卡了，语音可能 丢了、乱了、重复了，你也不知道。
但 速度快，适合直播、语音通话等实时场景。

UDP：无连接、不保证送达、速度快，像“广播喊话”或“发语音”。

2. TCP

1. TCP 服务器 (Server)

.
├── socket()								// 1. 创建一个TCP套接字 (SOCK_STREAM)
├── 配置服务器地址 (sockaddr_in)				// 2. 准备自己的地址信息
│   ├── bzero / memset()							// - 清零结构体
│   ├── serv_addr.sin_family = AF_INET				// - IPv4
│   ├── serv_addr.sin_port = htons(PORT)				// - 绑定端口
│   └── serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY			// - 监听所有网卡
├── bind()									// 3. 将套接字绑定到地址上
├── listen()								// 4. 开始监听连接请求（进入“待接电话”状态）
│   └── 设置 backlog 队列（等待 accept 的连接数）
│
├── accept()								// 5. 阻塞等待客户端连接到来
│   ├── 成功后返回一个新的连接套接字 (connfd)			// - 用于与该客户端通信
│   └── 客户端地址信息 (cli_addr) 被填充				// - 知道是谁连进来了
│
├── recv()									// 6. 使用 connfd 接收数据
│   └── 从客户端读取消息内容 (buffer)
│
├── send()									// 7. 使用 connfd 发送回复
│   └── 向客户端发送响应数据
│
├── close(connfd)							// 8. 关闭连接套接字（通信结束）
│
└── close(sockfd)							// 9. 最后关闭监听套接字（程序退出时）

2. TCP 客户端 (Client)

.
├── socket()								// 1. 创建一个TCP套接字 (SOCK_STREAM)
├── 配置目标服务器地址 (sockaddr_in)			// 2. 指定要连接的服务器
│   ├── bzero / memset()							// - 清零结构体
│   ├── serv_addr.sin_family = AF_INET				// - IPv4
│   ├── serv_addr.sin_port = htons(PORT)				// - 服务器端口
│   └── serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("IP")	// - 服务器IP地址
│
├── connect()								// 3. 发起连接请求（触发三次握手）
│   └── 成功则表示连接建立完成
│
├── send()									// 4. 发送请求数据到服务器
│   └── 通过已连接的套接字发送消息
│
├── recv()									// 5. 接收服务器的回复
│   └── 读取返回的数据
│
├── close()									// 6. 关闭连接（触发四次挥手）

3. TCP 就像“打电话”

你拿出手机，拨通朋友的号码。

socket()：你们都有手机（通信工具）。
bind()：你的手机有号码（IP+端口），别人可以打给你。
connect()：你拨号，他接听——建立连接（三次握手）。
send()/recv()：你们开始通话。你说一句，他“嗯”一声表示听到了；如果信号不好没听清，他会说“再说一遍”，你就会重说。
close()：聊完后，互相说“拜拜”才挂电话（四次挥手）。

关键特点：

通话前必须 先建立连接。
数据 不会丢、不会乱序，发出去就得确认收到。
如果网络差，通话会卡，但内容 绝对准确。

TCP：有连接、可靠传输、保证顺序，像“打电话”一样稳。

4. UDP 服务器和客户端 Demo

1. UDP_Server.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <cstring>
#include <functional>
#include <cstdlib>
#include "Log.hpp"
using namespace std;

// 错误码定义
enum
{
    SOCKET_ERR = 1,                                             // 创建 socket 失败
    BIND_ERR                                                    // bind 失败
};

// 默认端口和 IP 地址
static const uint16_t defaultport = 8080;
static const string defaultip = "0.0.0.0";

static const int BUFFER_SIZE = 1024;                            // 接收缓冲区大小
// 定义回调函数类型：接收一个字符串请求，返回一个字符串响应
typedef function<string(const string&)> func_t;

class UDP_Server
{
public:
    UDP_Server(const uint16_t &port = defaultport, const string &ip = defaultip,
              int enable_log = 1,
              int classification = 1,
              const string &log_path = "./log.txt",
              int console_out = 1)
        : sockfd_(0), port_(port), ip_(ip), isrunning_(false),
          log_(enable_log, classification, log_path, console_out) {}

    ~UDP_Server()
    {
        if(sockfd_ > 0)
        {
            close(sockfd_);                                     // 关闭 socket 文件描述符
            log_(Info, "UDP 服务器套接字已关闭");
        }
    }

    void Init()
    {
        // 1. 创建 UDP socket
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if(sockfd_ < 0)
        {
            log_(Fatal, "套接字创建错误，sockfd: %d", sockfd_);
            exit(SOCKET_ERR);
        }
        log_(Info, "套接字创建成功，sockfd: %d", sockfd_);

        // 2. 设置 IPv4 地址结构
        struct sockaddr_in local;
        bzero(&local, sizeof(local));                            // 内存清零
        local.sin_family = AF_INET;                              // IPv4
        local.sin_port = htons(port_);                           // 端口号转换为网络字节序
        local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str());          // 将字符串 IP 转换为网络字节序整数

        // 3. 绑定 socket 到本地地址
        if(bind(sockfd_, (const struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)
        {
            log_(Fatal, "绑定套接字错误，errno: %d，错误字符串: %s", errno, strerror(errno));
            exit(BIND_ERR);
        }
        log_(Info, "绑定套接字成功，本地地址: %s:%d", ip_.c_str(), port_);
    }

    void Run(func_t func)
    {
        isrunning_ = true;
        char buffer[BUFFER_SIZE];                               // 接收缓冲区

        while (isrunning_)
        {
            struct sockaddr_in client;                          // 客户端地址信息
            socklen_t len = sizeof(client);                     // 必须初始化长度

            // 接收客户端数据
            ssize_t n = recvfrom(sockfd_, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&client, &len);
            if (n < 0)
            {
                log_(Warning, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }

            buffer[n] = '\0';                                   // 添加字符串结束符
            string request(buffer);                             // 构造请求字符串

            string response = func(request);                    // 调用用户自定义处理函数生成响应

            // 发送响应回客户端
            sendto(sockfd_, response.c_str(), response.size(), 0, (const struct sockaddr*)&client, len);
        }
    }

private:
    int sockfd_;         // socket 文件描述符
    string ip_;          // 服务器绑定的 IP 地址
    uint16_t port_;      // 服务器监听的端口号
    bool isrunning_;     // 服务运行状态标志
    Log log_;            // 日志对象成员
};

2. Log.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdlib.h>                                      // exit, perror
#include <unistd.h>                                      // read, write, close
#include <sys/types.h>                                   // open, close, read, write, lseek
#include <sys/stat.h>                                    // mkdir
#include <fcntl.h>                                       // open, O_RDONLY, O_WRONLY, O_CREAT, O_APPEND
#include <errno.h>                                       // errno
#include <sys/time.h>                                    // gettimeofday, struct timeval
#include <ctime>                                         // localtime_r, struct tm
#include <cstdarg>                                       // va_list, va_start, va_end
using namespace std;

// 管道错误码
enum FIFO_ERROR_CODE
{
    FIFO_CREATE_ERR = 1,                                 // 这是创建管道文件失败的错误码
    FIFO_DELETE_ERR = 2,                                 // 这是删除管道文件失败的错误码
    FIFO_OPEN_ERR                                        // 这是打开管道文件失败的错误码（枚举会自动赋值为3）
};

// 日志等级
enum Log_Level
{
    Fatal,                                               // 最严重级别
    Error,                                               // 严重错误
    Warning,                                             // 警告
    Debug,                                               // 调试信息
    Info                                                 // 普通信息
};

class Log
{
    int  enable = 1;                                     // 是否启用日志
    int  classification = 1;                             // 是否分类
    string log_path = "./log.txt";                       // 日志存放路径
    int  console_out = 1;                                // 是否输出到终端

    // 日志等级转换成字符串
    string level_to_string(int level)
    {
        switch (level)
        {
            case Fatal:
                return "Fatal";
            case Error:
                return "Error";
            case Warning:
                return "Warning";
            case Debug:
                return "Debug";
            case Info:
                return "Info";
            default:
                return "None";
        }
    }

    // 获取当前计算机的时间，返回格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS.UUUUUU （含微秒）
    string get_current_time()
    {
        struct timeval tv;                               // timeval：包含秒和微秒
        gettimeofday(&tv, nullptr);                      // 系统调用：获取当前时间（精确到微秒）

        struct tm t;                                     // tm：分解时间，转格式（年、月、日、时、分、秒）
        localtime_r(&tv.tv_sec, &t);                     // 把秒转换成年月日时分秒（本地时区）

        char buffer[64];                                 // 定义字符数组作为格式化输出的缓冲区

        snprintf(buffer, sizeof(buffer),
                "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%06ld",
                t.tm_year + 1900,                        // 年：tm_year 从 1900 开始计数
                t.tm_mon + 1,                            // 月：tm_mon 从 0 开始，0 表示 1 月
                t.tm_mday,                               // 日
                t.tm_hour,                               // 时
                t.tm_min,                                // 分
                t.tm_sec,                                // 秒
                tv.tv_usec);                             // 微秒部分，取自 gettimeofday

        return string(buffer);                           // 转换成 string 返回
    }

public:
    Log() = default;                                     // 使用默认构造
    Log(int enable, int classification, string log_path, int console_out)
        : enable(enable),
        classification(classification),
        log_path(log_path),
        console_out(console_out)
    {

    }
    
    // 重载函数调用运算符
    void operator()(int level, const string& format, ...)
    {
        if (enable == 0)
        {
            return;                                      // 日志未启用
        }

        va_list args;
        va_start(args, format);
        
        // 计算需要的缓冲区大小
        int size = vsnprintf(nullptr, 0, format.c_str(), args) + 1;
        va_end(args);
        
        if (size <= 0)
        {
            return;                                      // 格式化失败
        }
        
        // 分配缓冲区并格式化字符串
        char* buffer = new char[size];
        va_start(args, format);
        vsnprintf(buffer, size, format.c_str(), args);
        va_end(args);
        
        string content(buffer);
        delete[] buffer;
        
        // 调用原有的处理逻辑
        string level_str = "[" + level_to_string(level) + "] ";
        string log_message;

        if (classification == 1)
        {
            log_message = level_str + "[" + get_current_time() + "] " + content + "\n";
        }
        else if (classification == 0)
        {
            log_message = "[" + get_current_time() + "] " + content + "\n";
        }
        else
        {
            printf("传入的分类参数错误！\n");
            return;
        }

        if (console_out == 1)
        {
            cout << log_message;
        }

        log_to_file(level, log_message);
    }

private:
    // 文件路径的后缀处理函数：当按照日志等级分类存储并且文件路径是 "./log.txt" 这种有文件扩展名时的处理方法
    string Suffix_processing(int level, string log_path)
    {
        string Path;
        if (log_path.back() == '/')                      // 如果是一个目录的路径，比如 "./log/"，则最终文件名为 "log_等级名.txt"
        {
            Path = log_path + "log_" + level_to_string(level) + ".txt";
        }
        else                                             // 如果是一个文件路径，比如 "./log.txt"，则最终文件名为 "log_等级名.txt"
        {
            size_t pos = log_path.find_last_of('.');     // 从后往前找到第一个 '.' 的位置，即最后一次出现的 '.' 的位置
            if (pos != string::npos)
            {
                string left = log_path.substr(0, pos);   // 去掉后缀，即我所需要的有效的前部分路径
                string right = log_path.substr(pos);     // 保留后缀，即有效的文件扩展名
                Path = left + "_" + level_to_string(level) + right;         // 组合成新的文件名
            }
            else                                         // 如果没有文件扩展名（比如 "./log"），则直接在文件名后面加上 "_等级名.txt"
            {
                Path = log_path + "_" + level_to_string(level) + ".txt";
            }
        }

        return Path;
    }

    // 核心写文件函数
    void log_to_file(int level, const string& log_content)
    {
        string Path;

        if (classification == 1)
        {
            Path = Suffix_processing(level, log_path);   // 按照日志等级分类存储
        }
        else if (classification == 0)
        {
            Path = log_path;                             // 不分类直接使用传入的 log_path
        }

        // 追加写入，文件不存在则创建，权限 0644
        int fd = open(Path.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
        if (fd < 0)
        {
            perror("");
            exit(FIFO_OPEN_ERR);
        }

        write(fd, log_content.c_str(), log_content.size());
        close(fd);
    }
};

3. UDP_Client.cc

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

const int BUFSIZE = 1024;                                  // 接收服务器响应的缓冲区大小

void Usage(string proc)
{
    cout << "\n\r用法: " << proc << " 服务器IP 服务器端口号\n" << "例如: " << proc << " 127.0.0.1 8080\n" << endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 检查命令行参数数量，argc != 3 的原因：
    // argv[0]: 程序名称（如 "./udpclient"），argv[1]: 服务器IP地址（如 "127.0.0.1"），argv[2]: 服务器端口号（如 "8080"）
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(0);
    }

    // 1. 解析命令行参数获取服务器IP和端口
    string serverip = argv[1];                              // 获取服务器IP地址
    uint16_t serverport = stoi(argv[2]);                    // 将端口号字符串转换为整数

    // 2. 构造服务器地址结构
    struct sockaddr_in server;
    bzero(&server, sizeof(server));                         // 内存清零
    server.sin_family = AF_INET;                            // 设置地址族为IPv4
    server.sin_port = htons(serverport);                    // 端口号转换为网络字节序
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());   // IP地址转换为网络字节序

    // 3. 创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);             // 创建UDP套接字
    if(sockfd < 0)
    {
        cout << "创建套接字失败！" << endl;
        exit(1);
    }
    //cout << "创建套接字成功！" << endl;

    // 客户端通常不需要显式调用bind函数！
    // 原因：
    // 1. 一个端口号只能被一个进程bind，对server是如此，对于client也是如此
    // 2. 客户端的端口号其实不重要，只要能保证主机上的唯一性就可以
    // 3. 系统会在首次发送数据时自动为客户端分配一个随机端口号（隐式bind）
    // 4. 这样可以避免端口冲突，简化客户端编程

    socklen_t server_len = sizeof(server);                   // 获取地址结构大小，用于后续的sendto和recvfrom函数
    string message;                                          // 存储用户输入的消息
    char buffer[BUFSIZE];                                    // 接收服务器响应的缓冲区

    // 4. 循环发送消息并接收服务器响应
    while(true)
    {
        cout << "请输入您要发送的消息@ ";
        getline(cin, message);                               // 读取用户输入的消息

        if(message == "q" || message == "exit" || message == "quit")
        {
            cout << "客户端退出！" << endl;
            break;
        }

        // 5. 发送消息
        // sendto参数说明：sockfd: socket文件描述符，message.c_str(): 要发送的数据，message.size(): 数据长度，
        // 0: 标志位（一般为0），(struct sockaddr *)&server: 目标地址结构，server_len: 地址结构大小
        ssize_t send_bytes = sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)& server, server_len);
        if(send_bytes < 0)
        {
            cout << "发送消息失败！" << endl;
            continue;
        }
        //cout << "发送消息成功！" << endl;

        // 6. 接收服务器响应
        struct sockaddr_in server_response;                   // 服务器响应的地址结构
        socklen_t server_response_len = sizeof(server_response);     // 服务器响应的地址结构大小

        // recvfrom参数说明：socket文件描述符，buffer: 接收缓冲区，缓冲区大小（留一个字节给'\0'），标志位（一般为0），发送方地址结构，地址结构大小（传入时是sizeof，返回时是实际大小）
        ssize_t recv_bytes = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)& server_response, &server_response_len);
        if (recv_bytes > 0)
        {
            buffer[recv_bytes] = '\0'; // 添加字符串结束符
            //cout << "收到服务器响应 (" << recv_bytes << " 字节): " << buffer << endl;
        }
        else if (recv_bytes == 0)
        {
            cout << "服务器关闭连接" << endl;
        }
        else
        {
            cout << "接收数据失败" << endl;
        }
        
    }

    // 7. 关闭套接字
    close(sockfd);
    cout << "客户端socket已关闭" << endl;

    return 0;
}

4. Main.cc

#include "UDP_Server.hpp"
#include <memory>
#include <vector>

void Usage(string proc)
{
    cout << "\n\r用法: " << proc << " 端口号[1024+]\n" << "说明: 端口号建议使用1024以上的端口，避免与系统保留端口冲突\n" << "示例: " << proc << " 8080\n" << endl;
}

// 对命令进行安全检查
bool SafeCheck(const string& cmd)
{
    // 可能不安全的命令，可自行添加
    vector<string> unsafe = {
        "rm",
        "mv",
        "cp",
        "kill",
        "sudo",
        "unlink",
        "uninstall",
        "yum",
        "top",
        "while"
    };

    for(const auto& danger_cmd : unsafe)
    {
        // 检查命令中是否包含危险命令
        if(cmd.find(danger_cmd) != string::npos)
        {
            return false;  // 找到危险命令，返回false
        }
    }
    return true;
}

// 处理收到的消息
string Handler(const string& s)
{
    string ret = "服务器收到一条消息: ";
    ret += s;
    cout << ret << endl;

    return ret;
}

// 可以直接执行命令的函数
string ExcuteCommand(const string& cmd)
{
    cout << "获取一个请求命令: " << cmd << endl;
    if(!SafeCheck(cmd))
    {
        cout << "这是一个不安全的命令，已经发现，并且拒绝执行！" << endl;
        return "Unsafe commands!";
    }

    // popen 用于创建管道并读取命令，参数：要执行的命令，打开管道的模式（"r"：读）
    FILE *fp = popen(cmd.c_str(), "r");
    if(nullptr == fp)
    {
        perror("popen");
        return "error";
    }

    string ret;
    char buffer[4096];

    while(true)
    {
        char *ok = fgets(buffer, sizeof(buffer), fp);
        if(ok == nullptr)
        {
            break;
        }
        ret += buffer;
    }

    pclose(fp);                                                 // 关闭管道

    return ret;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 检查命令行参数数量，argc != 2 的原因：
    // argv[0]: 程序名称（如 "./udpserver"），argv[1]: 监听端口号（如 "8080"）
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(0);
    }

    // 解析端口号参数
    uint16_t port = std::stoi(argv[1]);                         // 将字符串端口号转换为整数

    unique_ptr<UDP_Server> svr(new UDP_Server(port));           // 使用智能指针创建UDP服务器对象,自动内存管理，避免内存泄漏
    svr->Init();                                                // 初始化服务器
    svr->Run(Handler);                                          // 启动服务器，可选择的函数：Handler、ExcuteCommand

    return 0;
}

5. TCP 服务器和客户端 Demo

这部分的代码和文件较多，不便展示，可前往 GitHub 查看 TCP 服务器和客户端 Demo。

网络编程套接字（二） | CSDN

【网络编程入门】TCP 与 UDP 通信实战：从零构建服务器与客户端对话（附简易源码，新手友好！） | 阿里云

6. 守护进程

1. 什么是会话（Session）？

会话是 Linux 中进程管理的一个逻辑单位，对应一次 “登录会话”，一次登录（通过 SSH 登录到服务器）就创建了一个“会话”。这个“会话”在 Linux 中对应的是一个 shell 进程（如 bash），这是我们与 OS 交互的入口。一个会话包含：

一个 控制终端（在 Xshell 中看到的命令行界面）；
多个进程，然而一些进程之间又有关联，进而形成多个 进程组，但同一时间 只有一个进程组能成为前台进程组，其余均为后台进程组。

进程组 是一组相关进程的集合（比如一个程序启动的主进程和它的子进程），共享同一个 进程组 ID（PGID），由进程组首进程（创建该组的进程）的 PID 决定。

会话的生命周期与你的登录状态绑定： 当退出登录（关闭 Xshell 窗口或执行 exit），会话会终止，默认会向会话内的所有进程发送终止信号 SIGHUP（挂断信号，信号 1），除非它们被“脱离”了会话（如使用 nohup 或 disown）。

2. 前台进程 vs 后台进程

前台进程： 占据终端，可以接收键盘输入（如 Ctrl+C、Ctrl+Z），一次只能有一个前台进程，在终端输入命令后直接执行的程序默认是前台进程。
后台进程： 不占用终端，不能直接接收键盘输入，可以同时运行多个进程（任务），输出仍可能打印到终端（除非重定向）。

前、后台进程也称作前、后台任务，一个会话只能有一个前台进程，键盘信号只能发给前台进程！

3. 作业号 vs 进程 ID（PID）

jobs 显示的是 作业号（如 %1），是 shell 内部编号。ps 命令显示的是 进程 ID（PID），是系统级唯一标识。可以用 %1 来引用作业，如：

kill %1        # 终止作业1
fg %1          # 前台恢复作业1
bg %1          # 后台恢复作业1

ps ajx | head -n 1; ps ajx | grep a.out 查看示例进程的相关信息：

PixPin_2025-08-19_13-54-00

4. 作业控制命令

Linux shell（如 bash）支持“作业控制”，允许管理前台/后台任务。用一个简单的代码示例并编译成 a.out 可执行程序，来体会作业控制：

&：在命令末尾添加 &，表示 “启动该命令后立即将其放入后台运行”，终端不等待命令执行完成，直接返回提示符，允许你继续输入其他命令。示例：
```
./a.out >> log.txt &  # 将a.out放入后台，输出重定向到log.txt
sleep 100 &           # 后台休眠100秒
```
- 区分 & 用法的核心原则在于位置判断：
  - 若 & 在 命令末尾，且不是条件表达式的一部分 → 后台运行命令。
  - 若 & 在 两个命令之间 → 并行启动两个后台命令。
  - 若 & 在 **[[ ]] 或 $(( )) 内部 ** → 按位与运算。
jobs：查看当前会话中所有 后台进程（任务）的状态。[1] 是作业号（Job ID），+ 表示默认作业。示例：
```
[1]+  Running                 ./a.out >> log.txt &
```
fg：将一个后台（或暂停）的作业调到 前台（SIGCONT）继续运行。示例：
```
$ fg %1
./a.out          # 现在在前台运行，可接收 Ctrl+C
```
Ctrl+Z：给前台进程组发 SIGTSTP（19 号信号），把它“暂停”成可后台继续的作业（T 状态）。a.out 被暂停，不再运行，但未退出，示例：
```
$ ./a.out        # 前台运行
^Z               # 按 Ctrl+Z
[1]+  Stopped     ./a.out
```

bg：让一个被暂停的作业在后台 继续运行。示例：

$ bg %1          # 或直接 bg（作用于默认作业）
[1]+ ./a.out >> log.txt &

kill -SIGTERM %1 / kill -9 %1：给作业发信号（%1 是作业号，和 PID 不同）。
disown -h %1：把作业从当前 shell 的作业表剥离，不再受 SIGHUP 影响。示例：
```
./a.out >> log.txt &
disown %1
```
nohup：让进程 忽略 SIGHUP，常配合重定向使用，退出登录，进程仍运行：nohup ./a.out >> log.txt &。

5. 守护进程

【linux 操作系统技巧】Linux: 守护进程介绍快来看看吧 | B 站

1. 什么是守护进程？

守护进程（Daemon） 是一种长期运行的后台进程，不依赖于任何终端或用户会话。它们通常在系统启动时启动，直到系统关闭才停止。常见例子：sshd（SSH 服务）、httpd（Web 服务）、crond（定时任务）。

2. 守护进程的特点

脱离终端与会话：通常是会话领导者，避免被 SIGHUP 杀死。
双 fork 技术：创建守护进程时通常 fork 两次，确保不成为进程组领导者。
重定向标准流：将 stdin、stdout、stderr 重定向到 /dev/null 或日志文件。
工作目录：通常切换到 / 或固定目录，避免阻塞文件系统卸载。

6. `/dev/null` 是什么？

本质：/dev/null 是一个特殊的字符设备文件，被称为 黑洞设备，也叫“空设备”，我们只要把它当作垃圾桶就好。

行为：

往它里面写任何东西，直接丢弃，就像写到空气里。
从它里面读，总是 立刻返回 EOF（表示空文件，没数据）。

所以很多守护进程会把 标准输入/输出/错误 重定向到 /dev/null，避免占用终端。那么它到底有什么用？

在守护进程中，标准输入（stdin）、标准输出（stdout）、标准错误（stderr）必须被重定向，否则：

如果进程尝试读 stdin → 会出错（因为没有终端）。
如果写 stdout/stderr → 输出无处可去，可能引发异常或写入旧终端。

所以，把这三个标准流重定向到 /dev/null 是一种安全兜底措施，确保：不会因为读写标准流而崩溃、不会干扰原终端或产生混乱输出。

7. `setsid()` 函数原型

作用： 创建一个新的会话，并成为该会话的会话首进程，同时成为新的 进程组组长，脱离当前控制终端，不再受键盘信号影响。
函数原型

#include <unistd.h>
pid_t setsid(void);

使用条件（fork 一次 + setsid 的经典组合）：
- 调用 setsid() 的进程不能是进程组组长，否则会失败返回 -1。
- 所以通常先 fork() 一次，让子进程保证不是组长，再在子进程里 setsid()。
代码示例：

#pragma once

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
using namespace std;

const string nullfile = "/dev/null";

void Daemon(const string &cwd = "")
{
    // 1. 忽略其他异常信号
    signal(SIGCLD, SIG_IGN);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    // signal(SIGSTOP, SIG_IGN);

    // 2. 将自己变成独立的会话
    if (fork() > 0)
    {
        exit(0);
    }
    setsid();

    // 3. 更改当前调用进程的工作目录
    if (!cwd.empty())
    {
        chdir(cwd.c_str());
    }

    // 4. 标准输入，标准输出，标准错误重定向至/dev/null
    int fd = open(nullfile.c_str(), O_RDWR);
    if(fd > 0)
    {
        dup2(fd, STDIN_FILENO);   // stdin 重定向，防止后台读键盘阻塞
        dup2(fd, STDOUT_FILENO);  // stdout 重定向，不在终端打印
        dup2(fd, STDERR_FILENO);  // stderr 重定向，错误也不污染终端
        close(fd);
    }
}

守护进程的本质也是孤儿进程！

8. `daemon()` 方法（glibc 提供的简便函数）

Linux glibc 提供了一个库函数 daemon()，可以自动完成守护进程化，这会简化守护进程，方便我们的编码。

函数原型

#include <unistd.h>
int daemon(int nochdir, int noclose);

参数：
- nochdir = 0 → 把工作目录切换到根目录 /；
- noclose = 0 → 把 stdin/stdout/stderr 重定向到 /dev/null。
返回值：成功返回 0，失败返回 -1。
代码示例：

#include <unistd.h>
#include <cstdlib>
#include <iostream>

int main()
{
    // 创建守护进程
    if (daemon(0, 0) == -1)
    {
        perror("daemon");
        exit(1);
    }

    // 守护进程的主循环
    while (true)
    {
        // 写日志或者处理任务
        sleep(1);
    }
}

daemon() 内部其实就做了手写的那些步骤：fork、setsid、chdir、dup2 到 /dev/null，所以用起来更方便。需要注意的是：daemon() 没有做 双重 fork、也不处理 umask，所以 严格场景 下（比如写系统级服务），还是建议手写模板或用 systemd 管理。

7. 配置安全组规则

安全组就像是一个虚拟防火墙，用于控制云服务器的入站和出站流量。默认情况下，安全组拒绝所有来自外部的入站请求。以我的华为云 Flexus 应用服务器 L 实例为例，在安全组中开放 3000-20000 端口（个人自定义范围）后，就相当于在防火墙上开了一个 “口子”，这样就允许外部设备通过这些端口与云服务器上的服务进行通信了，将自己的客户端发给朋友运行，本机的服务器就可以开始通信了。

不同厂商的配置大同小异，因为这部分配置比较简单，就不演示了，实在不会，B 站的教程相当多，这里仅提供示例配置：

优先级：1
策略：允许
类型：IPv4
协议端口：TCP : 3000-20000
源地址：0.0.0.0

隐私安全考虑：

及时关闭不必要规则：在演示完成后，如果这些开放的安全组规则不再需要，应及时将其关闭。否则，服务器可能会面临潜在的安全风险，比如恶意攻击者可能会利用开放的端口尝试进行入侵、扫描或其他非法操作。
最小权限原则：在配置安全组规则时就应遵循最小权限原则，即只开放那些确实需要用于演示通信的端口和协议，有需要可以限制来源 IP 范围。
数据隐私方面：除了端口规则外，还要注意通信过程中涉及的数据是否包含敏感信息。如果有，需要确保数据在传输（如采用加密协议）和存储过程中的安全性，避免隐私数据泄露。

046 网络编程套接字

网络编程套接字

1. 预备知识

1. 源 IP 地址 & 目的 IP 地址

2. 源 MAC 地址 & 目的 MAC 地址

3. 源端口号 & 目的端口号

为什么引入“端口”而不是直接使用进程 PID？

1. 端口 ≠ PID

2. 为什么不直接用 PID？

4. TCP VS UDP（直观认识，后面详细讨论）

1. TCP：像“打电话”或“挂号快递”

2. UDP：像“发短信”或“普通平邮”

5. 网络字节序

1. 发展与由来

2. 为何没有统一解决？

3. 发送和接收

2. socket 编程接口

1. 为什么要抽象套接字

2. socket —— 创建套接字

3. struct sockaddr_in —— IPv4 地址结构体

4. bzero / memset —— 清零结构体内存

5. htons/htonl/ntohs/ntohl —— 字节序转换函数（保证大小端传输/解析）

6. inet_addr / inet_aton / inet_ntoa / inet_pton / inet_ntop —— IP 地址转换函数

7. bind —— 绑定套接字与地址（服务器必做）

8. listen —— 服务器监听

9. accept —— 服务器接受连接

10. connect —— 客户端连接服务器

11. 数据传输函数 send/recv —— TCP 收发

12. 数据传输函数 sendto/recvfrom —— UDP 收发

13. close() —— 关闭套接字

3. 理解协议与对应的服务器和客户端通信流程

1. UDP

1. UDP 服务器 (Server)

2. UDP 客户端 (Client)

3. UDP 就像“发微信语音消息”

2. TCP

1. TCP 服务器 (Server)

2. TCP 客户端 (Client)

3. TCP 就像“打电话”

4. UDP 服务器和客户端 Demo

1. UDP_Server.hpp

2. Log.hpp

3. UDP_Client.cc

4. Main.cc

5. TCP 服务器和客户端 Demo

6. 守护进程

1. 什么是会话（Session）？

2. 前台进程 vs 后台进程

3. 作业号 vs 进程 ID（PID）

4. 作业控制命令

5. 守护进程

1. 什么是守护进程？

2. 守护进程的特点

6. /dev/null 是什么？

7. setsid() 函数原型

8. daemon() 方法（glibc 提供的简便函数）

7. 配置安全组规则

2. `socket` —— 创建套接字

3. `struct sockaddr_in` —— IPv4 地址结构体

4. `bzero / memset` —— 清零结构体内存

5. `htons/htonl/ntohs/ntohl` —— 字节序转换函数（保证大小端传输/解析）

6. `inet_addr / inet_aton / inet_ntoa / inet_pton / inet_ntop` —— IP 地址转换函数

7. `bind` —— 绑定套接字与地址（服务器必做）

8. `listen` —— 服务器监听

9. `accept` —— 服务器接受连接

10. `connect` —— 客户端连接服务器

11. 数据传输函数 `send/recv` —— TCP 收发

12. 数据传输函数 `sendto/recvfrom` —— UDP 收发

13. `close()` —— 关闭套接字

6. `/dev/null` 是什么？

7. `setsid()` 函数原型

8. `daemon()` 方法（glibc 提供的简便函数）