【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：
socket()：创建一个套接字（相当于通信的“管道”）bind()：给套接字绑定本机的 IP 地址和端口号（相当于给管道分配一个“门牌号”）listen()：开启监听，等待客户端连接（相当于站在门后等客人上门）accept()：阻塞等待客户端连接，有连接到来则建立会话（相当于开门迎接客人）read()/write()：与客户端进行数据交互（相当于和客人对话）close()：关闭套接字，释放资源（相当于送走客人，关门清理）
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：
socket()：创建一个套接字（同样是通信“管道”）connect()：指定服务端的 IP 和端口，发起连接（相当于根据门牌号找服务端）read()/write()：与服务端进行数据交互（相当于和服务端对话）close()：关闭套接字，释放资源（相当于结束对话，离开）
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：
domain：地址族，选AF_INET（表示使用 IPv4 协议，日常开发最常用）type：套接字类型，选SOCK_STREAM（表示使用 TCP 协议，字节流传输，可靠有序）protocol：协议编号，选0（表示默认协议，对应上面的SOCK_STREAM，就是 TCP 协议）
代码示例（含错误处理）：
#include 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：
- 第二个参数
addr要求是struct sockaddr类型，但实际开发中我们常用struct sockaddr_in（专门用于 IPv4 地址），需要强制类型转换（图片里重点标注了这一点，新手必踩坑） - 端口号需要用
htons()转换字节序（后续会详细讲解，记住“端口必须转”即可） - IP 地址可以用
INADDR_ANY（表示绑定本机所有网卡地址，本地测试、服务器部署都常用），也可以用inet_addr()转换具体 IP（如127.0.0.1）
代码示例（含错误处理）：
#include 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：
sockfd：已经绑定好的套接字文件描述符backlog：监听队列大小（如 5，表示同时能等待的连接请求数，超出的会被拒绝），仅作内核提示，不同系统有默认值，新手填 5 即可满足需求
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...
");
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：
- 阻塞函数：如果没有客户端连接，程序会一直停在这里，不会往下执行（图片里重点标注了“阻塞”）
- 返回值：成功返回新的文件描述符（
conn_fd），用于和当前客户端交互；失败返回 -1 - 后两个参数可以传
NULL，表示不获取客户端的 IP 和端口信息（新手简化开发可用）
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
", 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 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：
fd：套接字文件描述符（服务端用conn_fd，客户端用sock_fd）buf：数据缓冲区，用于存储读取/要发送的数据count：缓冲区大小- 返回值：成功返回实际读写的字节数；返回 0 表示对方关闭了连接；返回 -1 表示读写错误
- 新手坑点：
read()读取的数据没有字符串结束符' '，需要手动添加，否则会出现乱码（图片里重点标注了这一点）
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 ' '
if (n == -1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("客户端关闭连接
");
break;
}
// 手动添加字符串结束符，避免乱码
buf[n] = ' ';
printf("收到客户端数据：%s
", 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：
- 服务端需要关闭两个文件描述符：
conn_fd（和客户端交互的套接字）、sock_fd（监听套接字） - 客户端只需要关闭一个文件描述符：
sock_fd
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 3.2 客户端完整代码（client.c）
#include 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）
-
终端 1：启动服务端
./server运行成功后，会输出：
服务端启动成功，监听端口 8888，等待客户端连接... -
终端 2：启动客户端
本地测试时，服务端 IP 填127.0.0.1（本机回环地址），命令如下：./client 127.0.0.1运行成功后，会输出：
连接服务端 127.0.0.1:8888 成功，开始发送数据（按 Ctrl+D 退出）
4.3 运行效果（回声服务器）
- 客户端输入任意字符串，回车发送；
- 服务端会打印收到的客户端数据；
- 客户端会打印服务端回显的相同数据，实现“回声”效果；
- 客户端按
Ctrl+D可关闭连接，服务端会提示“客户端关闭连接，等待新的客户端”。
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：
- 杀死占用进程：找到进程 PID，用
kill -9 PID强制杀死（示例：kill -9 12345）； - 设置套接字地址复用：在服务端
socket()和bind()之间添加如下代码，避免端口释放后短时间无法复用（这是服务端必加的优化代码，已经包含在上面的完整代码中）：int opt = 1; setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
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：
- 服务端未启动（最常见）；
- 服务端 IP 或端口填写错误；
- 防火墙拦截了 8888 端口；
- 服务端绑定了具体 IP（如
192.168.1.100），客户端用127.0.0.1连接失败。
排查步骤：
- 确认服务端已启动，且终端 1 无报错；
- 用
ping 服务端IP测试网络连通性（本地测试用ping 127.0.0.1）； - 用
netstat -anp | grep 8888确认服务端端口处于LISTEN状态。
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 ' '，而 printf() 打印字符串时，需要以 ' ' 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 ' '（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] = ' '; // 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
| 方案 | 核心函数/接口 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 多进程（fork） | fork() | 实现简单，子进程独立，互不影响 | 客户端数量少的场景 |
| 多线程（pthread） | pthread_create | 轻量级，资源占用少，切换效率高 | 客户端数量中等 |
| IO 多路复用 | select/poll/epoll | 单进程处理所有客户端，效率最高 | 高并发（万级客户端） |
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：
fork()创建子进程，返回值为 0 表示子进程，大于 0 表示父进程；- 子进程关闭监听套接字
sock_fd，专注处理当前客户端； - 父进程关闭客户端套接字
conn_fd，继续监听新连接； - 忽略
SIGCHLD信号，避免子进程退出后产生僵尸进程（占用系统资源）。
多进程服务端核心代码片段：
// 引入信号处理头文件
#include 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：
- 主机字节序：不同 CPU 架构的存储顺序，x86 架构（大部分电脑、服务器）为小端序（低字节存低地址，高字节存高地址），ARM 架构可配置；
- 网络字节序：TCP/IP 协议规定的统一存储顺序，为大端序（高字节存低地址，低字节存高地址）。
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
- 16 位数据（端口号常用）：
htons()：Host to Network Short（主机字节序 → 网络字节序）ntohs()：Network to Host Short（网络字节序 → 主机字节序）
- 32 位数据（IP 地址常用）：
htonl()：Host to Network Long（主机字节序 → 网络字节序）ntohl()：Network to Host Long（网络字节序 → 主机字节序）
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。
