如何实现在Linux下创建服务程序
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发布时间：2022-04-20 17:19
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时间：2022-04-14 19:17
这两个服务程序功能相同，但一个是独立服务程序，另一个是被inetd调用的服务程序。这是TCP/IP网络服务的两大类，这里将两个程序放在一起是为了比较程序结构和运行方式。两服务程序都在Red Hat Linux 7.1和TurboLinux 7.0上调试通过。
独立服务器
TCP和UDP是两大TCP/IP数据传输方式，套接口是建立服务器客户机连接的机制，首先介绍它们建立通信联系的过程，然后给出一个TCP服务程序例子。
1.TCP套接口通信方式
对于TCP服务器端，服务程序首先调用建立套接口的函数socket()，然后调用绑定服务IP地址和协议端口号函数bind()。绑定成功后调用被动监听函数listen()等待客户连接，还要调用获取连接请求函数accept()，并一直阻塞到客户连接请求的到达，这个函数获取客户机IP地址和协议端口号。
对于TCP客户端，客户程序启动后后调用建立套接口函数socket()，然后调用连接函数connect()，此函数与服务器通过三次握手建立连接。
服务器和客户机建立连接后，就可以使用读函数read()和写函数write()收发数据了。数据交换完成后便各自调用关闭套接口函数close()删除套接口。TCP套接口通信方式见图1所示。
图1 TCP套接口通信方式
2.UDP套接口通信方式
UDP程序与TCP的区别是无需建立连接。服务器首先启动，然后等待用户请求。客户机启动后便直接向服务器请求服务，服务器接到请求后给出应答。
对于UDP服务器端，服务程序首先调用套接口函数socket()，然后调用绑定IP地址和协议端口号函数bind()。之后调用函数recvfrom()接收客户数据，调用sendto()向客户发送数据。
对于UDP客户端，客户机程序启动后调用套接口函数socket()，然后调用sendto()向服务器发送数据，调用recvfrom()接收服务器数据。
双方数据交换成功后，各自调用关闭套接口函数close()关闭套接口。UDP套接口通信方式见图2所示。
图2 UDP套接口通信方式
下面给出独立服务程序的例子。这个程序虽然简单，但是与复杂程序有着相同的结构。
//程序名：server.c
//功能：服务器从客户机读入一个字符，并将排在此字符后面的字符回送客户机
//服务器端口：9000
#include "sys/types.h"
#include "sys/socket.h"
#include "stdio.h"
#include "netinet/in.h"
#include "arpa/inet.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
int pid; //用于存放fork()执行结果
int server_sockfd,client_sockfd; //用于服务器和客户机套接口描述符
int bind_flag,listen_flag; //用于存放bind()和listen（）执行结果
int server_address_length,client_address_length; //作为服务器客户机地址长变量
struct sockaddr_in server_address; //作为服务器地址结构变量（含地址和端口）
struct sockaddr_in client_address; //作为客户机地址结构变量（含地址和端口）
if((pid=fork())!=0) //用fork（）产生新进程
exit(0) ;
setsid() ; //以子进程开始下面的程序
函数socket()，创建一个套接口，成功则返回套接口描述符。
server_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(server_sockfd<0)
{
printf(“socket error /n”);
exit(1);
}
server_address.sin_family=AF_INET;
函数htonl()用于将32位主机字节顺序转换为网络字节顺序，其中参数INADDR_ANY表示任何IP地址。
server_address.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
函数htons()用于将16位主机字节顺序转换为网络字节顺序，其中的参数是绑定的端口号，读者可根据环境自行改动，目的是不与其它服务端口冲突。
server_address.sin_port=htons(9000);
server_address_length=sizeof(server_address);
函数bind()用于绑定本地地址和服务端口号，若调用成功返回值为0。
bind_flag=bind(server_sockfd,/
(struct sockaddr *)&server_address,/
server_address_length);
if(bind_flag<0)
{
printf(“bind error /n”);
exit(1);
}
函数listen（），指明服务器的队列长度，被动等待客户连接，调用成功返回值为0。
listen_flag=listen(server_sockfd,5);
if(listen_flag<0)
{
printf(“listen error /n”);
exit(1);
}
while(1)
{
char ch;
函数accept()等待和获取用户请求，为每个新连接请求创建一个新的套接口，调用成功返回新套接口描述符。
client_sockfd=accept(server_sockfd,/
(struct sockaddr *)&client_address,/
&client_address_length);
函数read()和write()用于在服务器和客户机之间传送数据，调用成功返回读和写的字节数。
函数close()，用于程序使用完一个套接口后关闭套接口，调用成功返回值0。其中的参数为accept()创建的套接口的描述符client_sockfd。
read(client_sockfd,&ch,1);
printf(“cli_ch=%c”,ch);
ch++;
write(client_sockfd,&ch,1);
close(client_sockfd);
}
}
程序完成后就可以使用命令进行编译。在命令行中输入“gcc -o server server.c”，将server.c编译成可执行程序server，这时便可用客户程序进行测试。在命令行执行“./server”启动服务程序，执行“netstat -na”查看有无server的服务端口。如果存在，则执行下面编写的客户程序“./client”。不过这仅是手工启动的方法，下面给出用服务管理程序管理server程序的方法。只要在目录/etc/rc.d/init.d下放入服务程序的脚本就能被服务程序读到。在命令行执行“touch server”创建文件server，并将文件属性改成可执行。在管理程序中并不能看到此服务名，脚本文件必须有一些结构才能被管理程序认为是服务程序脚本。
为了减少工作量，拷贝/etc/rc.d/init.d下脚本httpd，将拷贝脚本名命名为server，然后对其编辑。
（1）执行“cp httpd server”。
（2）用文本编辑器vi（其它编辑器亦可）将server打开进入编辑状态。首先用字符串server替换httpd。然后找到daemon server行，如果编写的程序放在变量PATH目录中，不需要修改此行；如果把服务程序放在其它目录中，就要写服务的全路径。例如程序在/root的目录中，就要写成daemon /root/server，还要删除“rm -f /var/run/server.pid”这一行。
（3）执行“chmod 755 server”，将server属性设定为可执行。
此时就可以用chkconfig、ntsysv等工具，在希望的运行级中增加这个新服务程序，然后测试客户机与服务器能否通信。
被xinetd调用的服务程序
在Linux系统中，有很多服务是被xinetd（较早版本使用的是inetd）超级守护服务器启动的。其实凡是基于TCP和UDP的服务都可使用超级守护进程启动，只是在服务量很大影响效率的情况下不被采用。
1.依赖xinetd启动的服务建立通信过程
为了与独立服务器程序比较，我们看一下依赖xinetd的服务器是如何启动的。
（1）xinetd启动时读取/etc/xinetd目录中的文件（早期版本为/etc/inetd文件），根据其中的内容给所有允许启动的服务创建一个指定类型的套接口，并将套接口放入select()中的描述符集合中。
（2）对每个套接口绑定bind()，所用的端口号和其它参数来自/etc/xinetd目录下每个服务的配置文件。
（3）如果是TCP套接口就调用函数listen()，等待用户连接。如果是UDP套接口，就不需调用此函数。
（4）所有套接口建立后，调用函数select()检查哪些套接口是活动的。
（5）若select()返回TCP套接口，就调用accept()接收这个连接。如果为UDP，就不需调用此函数。
（6）xinetd调用fork()创建子进程，由子进程处理连接请求。
◆ 子进程关闭所有其它描述符，只剩下套接口描述符。这个套接口描述符对于TCP是accept()返回的套接口，对于UDP为最初建立的套接口。然后子进程连续三次p()函数，将套接口描述符复制到0、1和2，它们分别对应标准输入、标准输出和标准错误输出，并关闭套接口描述符。
◆ 子进程查看/etc/xinetd下文件中的用户，如果不是root用户，就用调用命令setuid和setgid将用户ID和组ID改成文件中指定的用户。
（7）对于TCP套接口，与用户交流结束后父进程需要关闭已连接套接口。父进程重新处于select()状态，等待下一个可读的套接口。
最后调用配置文件中指定的外部服务程序，外部程序启动后就可与用户进行信息传递了。
2.为xinetd编写专门的服务程序
除了独立服务程序能被xinetd启动外，还可以为xinetd编写专门的程序。此处的例子程序与上面server.c功能相同。不过两者的程序区别是很大的，此例的代码仅相当于上面传输数据的部分。我们还将程序名定为server.c，所以不能放在相同目录中，同名仅是为了和上面程序对照。
#include "unistd.h"
int main()
{
char ch;
read(0,&ch,1);
ch++;
write(1,&ch,1);
}
将程序编译成可执行文件，并做些设置就可被xinetd启动。注意不要和上面的独立服务程序server一起启动，因为客户程序写得比较简单，访问的是固定端口，服务器都设成了相同的端口号。
（1）编辑/etc/services文件，在行末增加一条记录：
server 9000/tcp
（2）在目录/etc/xinetd.d下编写文件server，内容为：
service server
{
disable = no
socket_type = stream
protocol = tcp
wait = no
user = root
server = /home/test/server (此处设置成自己程序所在的目录)
}
如果使用的是较早版本，则需在/etc/inetd.conf文件中添加下面的行：
server tcp nowait root /path/to/yourdirectory/server
（3）执行/etc/rc.d/initd.d/xinetd restart重新启动xinetd服务器。早期版本执行/etc/rc.d/initd.d/inetd restart重新启动inetd。
（4）执行netstat -an查看有没有server程序使用的端口号，如果有就可使用下面客户机程序进行测试了。
客户机程序
下面就客户机函数做一简单介绍。
//程序名client.c
/*功能：从客户的控制台输入一个字符，然后将这个字符送到服务器，并将服务器返回的字符显示出来*/
#include "sys/types.h"
#include "sys/socket.h"
#include "stdio.h"
#include "netinet/in.h"
#include "arpa/inet.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
int sockfd;//
int address_len;
int connect_flag;
struct sockaddr_in address;
int connect_result;
char client_ch,server_ch;
函数socket()用于建立一个套接口，创建成功返回套接口描述符。
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd<0)
{
printf(“sockfd error /n”);
}
address.sin_family=AF_INET;
address.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.0.1”);/*读者根据自己环境改成服务器地址*/
address.sin_port=htons(9000);
address_len=sizeof(address);
函数connect()用于与服务器建立一个主动连接，调用成功返回值为0。
connect_flag=connect(sockfd,(struct sockaddr *)&address,address_len);
if(connect_flag==-1)
{
perror(“client”);
exit(1);
}
printf(“Input a character :”);
函数scanf()用于从控制台输入一个字符，并将字符存入client_ch的地址。函数write()和read()用于传输数据。函数printf()在客户机屏幕上显示服务器传回的字符。函数close()关闭套接口。
scanf(“%c”,&client_ch);
write(sockfd,&client_ch,1);
read(sockfd,&server_ch,1);
printf(“character from server : %c/n”，server_ch);
close(sockfd);
exit(0);
}
执行命令“gcc -o client client.c”，将client.c编译成client。执行“./client”，在程序提示下输入一个字符，就能看到服务器传回的字符。
以上介绍的仅是简单的例子。平时见到的服务程序远比它复杂，而且很多是多协议服务程序或是多协议多服务程序。多协议服务程序就是在main()中分别创建供服务的TCP和UDP套接口。为每个服务分别写出相应程序好处是便于控制，但是这样每个服务都启动两个服务器，而它们的算法响应是一样的，就要耗费不必要的资源，并且出了问题排错也较困难。多服务是将不同的服务集成在一起由一个程序完成，可用一个数组表示服务，数组中的每一项表示某协议某服务的一种，这样很容易扩展程序的服务功能。
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时间：2022-04-14 20:35
