macOS跨进程通信: TCP Socket 创建实例

一： 简介

Socket 是 网络传输的抽象概念。
一般我们常用的有Tcp Socket和 UDP Scoket， 和类Unix 系统（包括Mac）独有的 Unix Domain Socket（UDS）。

• Tcp Socket 能够跨电脑进行通信，即使是在同一个电脑下的多进程间通信，也会通过网卡进行数据传输，如果本地网卡的环回网络被禁用， 则会导致通信失败。
• Unix Domain Socket，使用的是Liunx 系统中万物皆文件的概念，和有名管道的操作差不多，都是在文本创建一个特有的文件，用来在两个进程间通信，两个经常分别写入和读取文件流中的数据，达到传输的目的。 和Tcp Socket不一样的是不用借助网卡通信，限制比较小，传输的效率高。

这里主要针对Tcp Socket进行研究.

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在终端使用 netstat -nta -p tcp | grep 8766
可以查看 8766 端口的连接情况，可以看到 已经有 62106端口的客户端连接成功。

二：主要函数

1. int socket (int domain, int type, int protocol) 创建socket 对象

• domain 选择 AF_INET, /* internetwork: UDP, TCP, etc. */
• type. 选择SOCK_STREAM, 代表Tcp。 如果是udp的话，需要使用 SOCK_DGRAM
• protocol 填0， 由系统选择

2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr* myaddr, socklen_t addrlen)

将socket 绑定到对应 ip 和 端口上

• sockfd 前面返回的描述符
• myaddr 包含有ip和port的struct 对象
• addrlen前一个stuct的长度

3. int listen(int sockfd, int backlog)

调用后，本地socket端口的状态变更为：LISTEN, 可以使用netstat -nta -p tcp | grep 8766在终端查看

• sockfd 前面返回的描述符
• backlog 此socket 接收的客户端的数量

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

阻塞式等待客户端接入，客户端接入后返回。
传入server的 sockfd，返回接入后的sockfd.
后面两个参数代表接口客户端的地址及struct长度

5. int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags)

tcp的接收客户端发来的数据

6. int write(int sockfd, const void *msg, int len, int flags)或 int send(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags)

tcp 往 客户端/服务器发送数据

7. int close(int sockfd) 或 Windows的 7. int closesocket(int sockfd)

关闭连接

三：demo代码

如下图，创建了两个进程，分别为服务器（app）， 客户端为 命令行程序（客户端的代码可以直接移植到win）

1. 服务器端主要逻辑

• 主要创建了socket一个 internetwork (AF_INET)和 TCP (SOCK_STREAM)组合的socket
• 绑定任何ip的8766端口（代表任意ip的客户端都可以连接过来）
• listen() 开始监听
• 启动子线程，在线程内 阻塞等待客户端连接(accept)，和接收客户端消息(read)
• 启动客户端命令行进程。（这里可以在本地其他地方或者局域网内的其他电脑启动命令行）
• 点击ui上的发送按钮，往客户端发送消息

主要代码： ViewController.mm 文件代码

#import "ViewController.h"
#import <sys/socket.h>
#include <thread>

@interface ViewController ()
@property (weak) IBOutlet NSTextField *textLabel;
@property (nonatomic, assign) int listenFd;
@property (nonatomic, assign) int currListenFd;
@end

static void subThreadWorker(ViewController *vc);

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    int listenFd;
    
    listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    self.listenFd = listenFd;
    if (listenFd == -1) {
        perror("socket create failed!");
        return;
    }
    //    INADDR_ANY是ANY，是绑定地址0.0.0.0上的监听, 能收到任意一块网卡的连接；
    //    INADDR_LOOPBACK, 也就是绑定地址LOOPBAC, 往往是127.0.0.1, 只能收到127.0.0.1上面的连接请求
    /**
     serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
     $ netstat -nta -p tcp | grep LISTEN
     tcp4       0      0  *.8765                 *.*                    LISTEN
     
     ------
     serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
     //tcp4       0      0  127.0.0.1.8766         *.*                    LISTEN
     */
    struct sockaddr_in serverAddr = {0};
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
//    serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //接受任意ip
//    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
    serverAddr.sin_port = htons(8766); //监听端口号8766
    
    
    int ret = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
    if (ret == -1) {
        perror("socket bind failed!");
        return;
    }
    
    //5代表正在等待完成相应的TCP三次握手过程的队列长度
    ret = listen(listenFd, 5);
    if (ret == -1) {
        printf("socket listen failed! error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        perror("socket listen failed!");
        return;
    }
    
    std::thread(subThreadWorker, self).detach();
    printf("创建成功！\n");
    
    //启动子进程
     NSURL *subAppURL = [NSURL fileURLWithPath:
     [NSString stringWithFormat:@"%@/Socket_TCP_ClientApp", 
     [NSBundle mainBundle].executablePath.stringByDeletingLastPathComponent]];
     [[NSWorkspace sharedWorkspace] openURL:subAppURL configuration:
     [NSWorkspaceOpenConfiguration configuration] completionHandler:nil];
}

static void subThreadWorker(ViewController *vc) {
    //单独线程监听服务器发回来的消息
    ssize_t numRed = 0;
    static const int buffer_size = 4096;
    char buff[buffer_size];
    
    int tmpListenFd = vc.listenFd;
    
    while (tmpListenFd != -1) {
        printf("服务器等待客户端  %i  连接...\n", vc.listenFd);
        tmpListenFd = accept(tmpListenFd, NULL, NULL);
        printf("收到客户端连接。 sfd:%i\n", vc.listenFd);
        if (vc.listenFd == -1) {
            printf("socket accept failed! error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
            perror("这是一个无效的连接!");
            break;
        }
        vc.currListenFd = tmpListenFd;
        
        //循环读取 client 发来的消息
        while ((numRed = read(tmpListenFd, buff, buffer_size)) > 0) {
            printf("服务器收到客户端发的数据: %s\n", buff);
        }
        if (numRed == -1) {
            perror("numRed == -1!");
            break;
        }
        if (close(tmpListenFd) == -1) {
            perror("close faild!");
            break;
        }
        tmpListenFd = vc.listenFd;
        printf("for over!\n");
    }
}

//点击按钮
- (IBAction)sendMsgToClient:(id)sender {
    const  char *backBuffer = [self.textLabel.stringValue UTF8String];
    ssize_t sendLen =  write(self.currListenFd, backBuffer, strlen(backBuffer)+1);
    if (sendLen < 0) {
        printf("error:%i\n", errno);
        perror("服务器发送给客户端失败！reason:");
    } else {
        printf("服务器发送给客户端成功！len:%zi\n", sendLen);
    }
}

- (void)dealloc {
}

@end

2. 客户端主要逻辑

• 如果是windows，需要首先调用 WSAStartup(...)
• 同样创建socket 连接，tcp 类型的。socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
• 连接到服务器，地址为： "10.34.133.46:8766"(如果本机的话可以使用127.0.0.1)， connect(...)
• 向服务器发送一条消息, send(client_fd, buf, sizeof(buf), 0)
• 收到一次消息，就退出程序. recv(client_fd, buf, sizeof(buf), 0)
• 处理退出前的清理工作。

主要代码： main.cpp 文件代码

//
//  main.cpp
//  Socket_TCP_ClientApp
//
//  Created by jimbo on 2024/1/22.
//

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>

#ifdef _WIN32
#include <system_error>
#include <WS2tcpip.h>
#pragma warning(disable:4996)
#else
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#endif // _WIN32
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")


#ifdef _WIN32
class  SocketInit
{
public:
    SocketInit() {
        //Win 必须在socket 使用前调用 WSAStartup()
        WSADATA data;
        int ret = WSAStartup(MAKEWORD(2, 1), &data);
        printf("WSAStartup val:%d\n", ret);
    }
    ~SocketInit() {
        printf("~SocketInit\n");
        WSACleanup();
    }
};
const SocketInit sInit;
#endif // _WIN32


int main(int argc, char* argv[]) {

    printf("\n\n我是Client\n\n");
    int client_fd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));

    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8766); //端口
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.34.133.46"); //ip

    //创建连接
    client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (client_fd < 0) {
#ifdef _WIN32
        char buf[1024];
        strerror_s(buf, 1024, errno);
#else
        char *buf = strerror(errno);
#endif // _WIN32
        printf("socket create failed. %s(errno:%d)\n", buf, errno);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //连接到服务器
    if (connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("socket connect failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("socket connect  success!\n");

    char buf[1024] = "hello socket from client!";
    //向服务器发送一条消息
    if (send(client_fd, buf, sizeof(buf), 0) < 0) {
        perror("socket send failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("socket send  success!\n");

    //收到一次消息，就退出程序
    if (recv(client_fd, buf, sizeof(buf), 0) < 0) {
        perror("socket recv failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("client recv response: [%s]\n", buf);

#ifdef _WIN32
    /* 关闭socket */
    closesocket(client_fd);
#else
    /* 关闭socket */
    close(client_fd);
#endif // _WIN32

    printf("client ended successfully\n");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}