在基于TCP的客户/服务器模型中，服务器和客户程序之间通过一系列的socket接口形成TCP连接。服务器启动后的首要工作就是创建监听套接字，监听套接字是通过socket、bind和listen三个函数完成的。在这之后，监听套接字通过accept函数一直处于阻塞状态，等待客户程序的连接请求。客户程序在连接至服务器之前，必须先创建自己的套接字，再通过connect函数连接到服务器。如果一切顺利，那么服务器和客户之间就形成了一条TCP连接。

上述TCP连接的过程是从编程角度触发，接下来我们将从网络通信的角度分析TCP的建立和终止过程，并且结合相关的socket函数接口分析其建立和终止过程中客户程序和服务器状态的变化。

1.TCP的建立

TCP连接建立过程即通常我们所说的“三路握手”。整个连接过程是由客户端的connect函数发起的，其具体的步骤如下：

1.客户端向服务器发送一个SYN（同步）报文段，这个报文段包含了客户端将要发送数据的初始序列号，假设该序号为J。该SYN段为整个TCP连接过程的报文段1。

2.服务器向客户端发送一个SYN段作为对客户端的应答，该报文段包含服务器在此连接中将要发送数据的起始序列号K。该SYN段为整个TCP连接过程的报文段2；在该报文段中还包含服务器对客户端SYN段的确认（ACK），该确认包含的序号为J+1，表明服务器期望客户端下次发送的数据序号是从J+1开始的。也就是说报文段2包含服务器发送的SYN和服务器对客户SYN的ACK。

3.客户端向服务器发送ACK以对服务器SYN进行确认，该报文段的序号为K+1。这是报文段3。

由于服务器在接收到客户端的TCP连接请求之前调用了accpet函数，所以一直处于阻塞状态。当客户通过connect函数向服务器发送第一个SYN段时，它执行了主动打开TCP连接这个动作。而接受这个SYN的服务器则执行被动打开动作，它向客户发送SYN以及ACK确认。

接下来我们以上文所举例的回射客户/服务器程序为例，说明TCP连接过程中客户端和服务器的状态变化。

1.从后台启动服务器程序。通过netstat命令我们可以看到当前服务器处于监听状态，因此此刻还没有任何客户请求。

在本地地址一栏中，IP地址为*是因为我们在绑定(bind)服务器套接字时使用了INADDR_ANY参数。由于此刻没有任何客户请求，所以外来地址处均为*。

2。运行客户程序，TCP连接建立。第一条信息为主服务器进程，它此刻仍然处于监听状态，等待其他客户程序的连接请求；第二条信息为子服务器进程，它此刻已经建立了TCP连接，本地端口为6666，而外来连接端口为54260。第三条信息为客户客户进程，他此刻也处于已建立连接的状态，本地端口为54260，而外来端口正好为6666。

此刻，我们在客户端并没有输入任何数据，因此此刻主服务器进程、子服务器进程和客户进程均处于阻塞状态，但是其阻塞原因却不同。主服务器进程是因为等待（accept）其他客户请求而阻塞；子服务器进程是因为等待（read()）客户进程发送的数据而阻塞；客户进程则是因为等待从标准输入读取（fgets()）数据而阻塞。我们可以进一步使用ps命令查看三个进程之间的状态。如下：

对ps使用-t选项可以查看指定伪终端下的进程，而通过-o选项则可以输入指定的进程状态信息，WCHAN参数可以进程睡眠的原因。ps的输出结果和我们上面的分析的结果一致，三个进程确实处于睡眠状态（S）。当进程阻塞于accept或connect时，其睡眠条件为inet_csk_wait_for_connect；当进程阻塞于套接字输入或输出时，其睡眠条件为sk_wait_data；当进程阻塞于终端的读操作时，其睡眠条件为n_tty_read。

2.TCP的终止

由于TCP连接是全双工的，因此必须分别关闭两个方向上的连接。通常一个TCP连接的终止需要4个分节。整个TCP的终止过程通常是由客户端的close函数发起的。

1.客户端进程调用close函数关闭套接字，它执行了主动关闭TCP连接，该端TCP向服务器发送一个FIN报文段（报文段1），表示该端的数据已经发送完毕。假设该报文段的序号为M。

2.服务器接收到这个FIN段后执行被动关闭。为了确认受到这个FIN，服务器向客户端发送一个ACK（报文段2），该确认报文的序号为M+1。服务器接收了客户端发送来的FIN说明服务器在该TCP连接上再无数据可接收。

3.服务器程序调用close关闭套接字，这将导致服务器向客户端发送一个FIN报文（报文段3），假设该报文的序号为N。

4.客户端为了确认服务器发送来的FIN报文，它向服务器发送一个ACK（报文4），该报文的序号为N+1。

上述所提及的关闭套接字有时候并不是只能通过close函数来实现。客户进程不论是正常终止（通过exit或者从主函数中返回）还是通过某个信号而终止时，都会关闭所有已经打开的描述符，这里当然包括套接字描述符。

当用户在标准输入端输入EOF时（Contrl+D），客户正常退出而关闭套接字，紧接着就会发生上述的TCP终止过程。通过netstat命令可以看到当前TCP的连接状态。

当前连接的客户端进入了TIME_WAIT状态，而服务器仍然在等待其他客户的连接。

我们继续使用ps可以查看到当前客户和服务器进程的状态。

可以看到客户进程已经退出，主服务器进程由于等待其他客户的连接而处于睡眠状态，子服务器进程虽然已经停止了服务，但是仍然处于“阴魂不散”的僵死状态。这是由于主服务器进程并未对子服务器进程发出的SIGCHLD信号进行捕获，具体的捕获方法在这里的文章已经说明。

TCP客户/服务器程序设计模型-并发服务器

上文中所说的迭代服务器简单易懂，将它作为学习socket编程的例子再适合不过了。但是在一般的实际应用中我们并不会使用这个简单的迭代服务器，因为这样的服务器每次只能服务一个客户，如果这个客户请求长时间占用服务器，那么其他客户将一直不能被服务。较为理想的情况是服务器可以同时为多个客户服务，接下来将要说明的并发服务器就可以满足这样的要求。

1.并发服务器原理

关于并发服务器的基本原理可以参考本博客之前的文章，这里不在赘述。下面将通过一个具有并发服务器的C/S模型示例来说明并发服务器程序设计的细节。

2客户程序设计

客户程序与上文所述的客户程序类似，只不过在客户端进行connect之后，客户端与服务器之间的所有数据交互都封装在了str_cli函数中。客户程序主函数在调用该函数时不仅要向该函数传递套接字，还要传递标准输入文件指针stdin。具体代码如下：

void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	char sendline[DATA_MAX], recvline[DATA_MAX];

	memset(sendline, 0, DATA_MAX);
	memset(recvline, 0, DATA_MAX);

	while(fgets(sendline, DATA_MAX, fp) != NULL) {
		if (write(sockfd, sendline, strlen(sendline)) < 0) {
			printf("write error!\n");
			exit(1);
		}

		if (read(sockfd, recvline, DATA_MAX) == 0) {
			printf("read error!\n");
			exit(1);
		}
		fputs(recvline, stdout);

          	memset(sendline, 0, DATA_MAX);
         	memset(recvline, 0, DATA_MAX);
	}
}

从客户端的数据交互函数str_cli中可以看出客户端进行的操作如下：

1.客户程序通过fgets从标准输入文件读入数据，并通过write将数据发送至服务器端；

2.客户程序通过read函数读取服务器发来的数据，并通过fputs将数据写入标准输出文件；

3.如果fgets读入数据错误时，整个循环结束，客户端也将结束；

3.服务器程序设计

并发服务器的经典模型在本博客之前的文章中有所提到，这里只是特别说明服务器数据处理函数。

void str_echo(int sockfd)
{
	int n;
	char buf[DATA_MAX];

again:
	while((n = read(sockfd, buf, DATA_MAX)) > 0)
		if (write(sockfd, buf, n) < 0) {
			printf("write error!\n");
			exit(1);
		}

	if (n < 0 && errno == EINTR)
		goto again;
	else if (n < 0)
		printf("str_echo error!\n");
}

服务器程序完成的工作如下：

1.通过read读取客户程序发送的数据；

2.通过write将刚刚读到的数据重新发送给客户程序；

3.如果客户端正常退出，那么服务器的read函数将返回0并退出循环；否则将显示错误信息；

通过上述对客户和服务器程序的描述，我们可以得知该C/S模型的工作方式是：客户程序从标准输入读入用户输入的数据，并发送至服务器；服务器从网络输入读入该数据，立即将读入的数据发送给客户程序；客户从网络输入读取服务器发来的数据，并将其显示在标准输出上。

也就是说，每当用户在客户端输入数据，客户端在终端上又会立即回显用户所输入的数据。因此，我们将上述所举例的具有并发服务器的C/S模型称之为回射客户/服务器程序。