第 7 章 · 01 socket 编程:TCP 监听与连接

第 7 章 · 01 socket 编程:TCP 监听与连接

本节摘要:HTTP 跑在 TCP 上,所以造 Web 服务器的第一步是学会 socket 编程。本节导读服务端 socket 的经典四步:socket(建 fd)、bind(绑端口)、listen(开始监听)、accept(接受连接,返回新 fd)。理解这套调用,你就理解了「一个网络服务器如何接到客户端连接」——它是第 2 章(造 Shell)fork/exec 之外,又一个系统编程的核心原语。

内容来源:基于「Build your own X」Web Server 域整理的导读,呼应姊妹篇《Linux 命令》第 6、7 章。

学习目标

阅读完本节,你应当能够:

1. 说清服务端 socket 的四步:socket、bind、listen、accept。
2. 理解每个系统调用的作用与返回值。
3. 解释 accept 返回「新 fd」的设计(一个监听 fd,每连接一个新 fd)。
4. 用这套调用写一个能接受 TCP 连接的最小服务端。

一、学习价值:网络编程的起点

socket 是网络编程的「入口」——所有 TCP/UDP 服务都从它开始。理解 socket 四步,你打开了网络编程的大门:Web 服务器、聊天服务、游戏服务器、消息队列,都建立在 socket 上。本节呼应姊妹篇《Linux 命令》第 6 章(文件描述符)——socket 也是一种 fd,第 7 章(ss 看监听端口)——你造的服务器要能被 ss 看到。

二、子系统拆解:socket 四步

1. socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)
   ── 创建一个 TCP 套接字, 得到 fd(比如 fd=3)

2. bind(fd, {端口 8080}, ...)
   ── 把 fd 绑到某端口, 告诉内核"这个端口归我管"

3. listen(fd, backlog)
   ── 标记这个 fd 为"被动套接字", 开始接受连接; backlog 是等待队列长度

4. accept(fd, ...) → 返回新 fd(比如 fd=4)
   ── 阻塞等待, 有客户端连接时, 返回一个"新 fd"代表这条连接
   ── 原 fd(3)继续监听, 新 fd(4)用于与这个客户端收发数据
​

为什么 accept 返回新 fd

这是 socket API 一个关键设计:一个「监听 fd」负责等连接,每来一个连接,accept 吐出一个「连接 fd」专门对付这条连接。监听 fd 永远只管 accept,连接 fd 只管收发。这样服务器能同时管很多连接(每个一条 fd)。

收发数据

拿到连接 fd 后,用 recv(fd, buf)(读)和 send(fd, buf)(写),就像读写文件——因为 socket 是 fd,接口统一。这正是 Unix「一切皆文件描述符」的体现。

客户端(对比)

客户端用 connect(fd, 服务器地址),建立连接后直接 send/recv。本书聚焦服务端,客户端概念上更简单。

三、上手第一步:最小 TCP 服务端

fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
setsockopt(SO_REUSEADDR)         # 重启时端口可立即重用(否则 TIME_WAIT 卡一会)
bind(fd, 端口 8080)
listen(fd, 10)
while True:
    conn_fd = accept(fd)
    msg = recv(conn_fd)
    send(conn_fd, "Hello!")
    close(conn_fd)
​

用 curl 或 nc localhost 8080 测试连接。

本节要点回顾

1. socket 四步:socket(建 fd)、bind(绑端口)、listen(标记被动)、accept(等连接,返回新 fd)。
2. accept 返回新 fd:监听 fd 只管 accept,连接 fd 管收发;服务器靠此管多连接。
3. 收发用 recv/send:socket 是 fd,接口与文件统一(一切皆 fd)。
4. SO_REUSEADDR:避免重启时端口 TIME_WAIT 卡住。

推荐上手顺序

1. 写最小 TCP 服务端(socket/bind/listen/accept/recv/send)。
2. 用 nc localhost 端口 测试能收到连接并回应。
3. 体会「一个监听 fd + 多个连接 fd」的模型。
4. 下一节:在收到的字节上解析 HTTP 请求。

下一节讲 HTTP 请求解析——把收到的字节变成结构化请求。