Linux TCP网络编程是构建网络应用的核心技术，它基于TCP协议的可靠传输特性，通过Linux提供的系统接口实现进程间的网络通信，本文将从基础概念、核心API、编程流程、错误处理及性能优化等方面，系统介绍Linux TCP网络编程的关键要点。
TCP协议基础与Linux网络栈
TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输层协议，通过三次握手建立连接、四次挥手断开连接，并具备数据排序、流量控制、拥塞控制等机制，确保数据无差错、不丢失、不重复地传输，在Linux系统中，网络通信遵循TCP/IP四层模型，应用层通过Socket接口与传输层的TCP协议交互，内核网络栈负责处理协议封装、路由选择、数据收发等底层逻辑，Linux对TCP协议的支持完善，提供了丰富的工具和接口,使得开发者能够高效构建网络服务。
核心Socket API详解
Socket是Linux网络编程的基石，是一组用于网络通信的系统调用，核心API包括：
- socket()：创建套接字，指定协议族（如AF_INET表示IPv4）、类型（SOCK_STREAM表示TCP）、协议（通常为0），返回的文件描述符是后续操作的基础。
- bind()：将套接字与本地IP地址和端口绑定，通过sockaddr_in结构体（包含sin_family、sin_port、sin_addr）指定地址信息，确保客户端能正确寻址。
- listen()：将套接字设为被动监听模式，backlog参数指定全连接队列的最大长度，控制并发连接请求数。
- accept()：从全连接队列中取出一个已完成三次握手的连接，返回新的套接字文件描述符，与客户端进行数据通信，原套接字继续监听新连接。
- connect()：客户端发起主动连接，触发三次握手，直至与服务器建立连接。
- send()/recv()：基于已连接套接字进行数据传输，send()发送数据，recv()接收数据，默认为阻塞模式，直到数据发送/接收完成或出错。
- close()：关闭套接字，触发四次挥手，释放相关资源。
TCP编程流程：服务器与客户端实现
服务器端流程
- 创建套接字：调用socket()创建TCP套接字。
- 绑定地址：调用bind()将套接字与本地IP和端口绑定（如0.0.0.0:8080监听所有网络接口）。
- 监听连接：调用listen()启动监听，等待客户端连接。
- 接受连接：循环调用accept()，阻塞等待客户端连接，返回新的通信套接字。
- 数据收发：通过通信套接字的send()/recv()与客户端交互，处理业务逻辑。
- 关闭连接：通信完成后调用close()关闭套接字，直至所有连接关闭后关闭监听套接字。
客户端流程
- 创建套接字：调用socket()创建TCP套接字。
- 发起连接：调用connect()连接服务器指定IP和端口。
- 数据收发：连接成功后，通过send()/recv()与服务器交换数据。
- 关闭连接：调用close()关闭套接字，终止连接。
错误处理与健壮性设计
网络编程中，错误处理是保证稳定性的关键，常见错误及处理方式包括：
- socket()失败：通常因协议族或类型不支持，需检查errno并退出。
- bind()失败：常见原因是端口被占用（EADDRINUSE），可设置SO_REUSEADDR选项复用地址，或更换端口。
- accept()被中断：信号可能导致accept()返回EINTR，需重启调用。
- recv()返回0：表示对方已关闭连接，需关闭当前套接字。
- 超时处理：通过setsockopt()设置SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO，避免阻塞无限等待。
需考虑并发场景：多线程/进程中，每个连接使用独立套接字，避免资源竞争；使用线程池管理连接,防止频繁创建销毁线程带来的开销。
性能优化与高级特性
为提升TCP应用性能，可结合以下技术：
- I/O多路复用：使用epoll（Linux高性能I/O模型）替代select/poll，通过监听多个套接字事件，减少轮询开销，支持LT（水平触发）和ET（边缘触发）模式，ET模式下效率更高。
- 非阻塞I/O：将套接字设为非阻塞（O_NONBLOCK），配合epoll实现异步I/O，避免线程阻塞。
- 零拷贝技术：使用sendfile()函数，在内核空间完成文件到socket的数据传输，减少用户空间与内核空间的数据拷贝。
- 缓冲区优化：调整套接字发送/接收缓冲区大小（setsockopt()的SO_SNDBUF/SO_RCVBUF），适配数据传输特性，避免缓冲区溢出或不足。
Linux TCP网络编程是构建分布式系统、网络服务的基础，掌握Socket API、理解TCP协议特性、注重错误处理与性能优化，是开发高效稳定网络应用的核心能力，通过不断实践与优化，开发者可充分利用Linux内核的优势，构建满足高并发、低延迟需求的网络服务。
