Linux下socket通信，如何实现高效稳定的跨进程数据传输？

Linux下Socket通信基础

Socket（套接字）是Linux网络编程的核心，它提供了一种进程间通信（IPC）机制，允许不同主机或同一主机上的应用程序进行数据交换，Linux下的Socket通信基于TCP/IP协议族，支持流式（SOCK_STREAM，如TCP）、数据报（SOCK_DGRAM，如UDP）等多种类型，本文将从Socket基本概念、编程步骤、代码示例及常见问题四个方面展开介绍。

Socket基本概念

Socket通信采用客户端/服务器（C/S）模型，服务器端被动监听连接请求，客户端主动发起连接，Linux中，Socket通信涉及的主要系统调用包括：socket()创建套接字、bind()绑定地址端口、listen()监听连接、accept()接受连接、connect()发起连接、send()/recv()收发数据，以及close()关闭套接字。

根据协议类型，Socket可分为：

• TCP Socket：面向连接，提供可靠的数据传输，适用于文件传输、网页浏览等场景。
• UDP Socket：无连接，传输速度快但不保证可靠性，适用于视频流、DNS查询等场景。

Socket编程步骤

服务器端编程流程

服务器端的核心步骤包括创建套接字、绑定地址、监听连接、接受连接及数据收发。

客户端编程流程

客户端相对简单，主要包括创建套接字、连接服务器、数据收发及关闭套接字。

代码示例

以下是一个简单的TCP Socket通信示例，展示服务器与客户端的基本交互。

服务器端代码（TCP）

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#define PORT 8080  
#define BUFFER_SIZE 1024  
int main() {  
    int server_fd, new_socket;  
    struct sockaddr_in address;  
    int opt = 1;  
    int addrlen = sizeof(address);  
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};  
    // 创建套接字  
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {  
        perror("socket failed");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    // 设置套接字选项  
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt))) {  
        perror("setsockopt");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    address.sin_family = AF_INET;  
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
    address.sin_port = htons(PORT);  
    // 绑定地址  
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {  
        perror("bind failed");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    // 监听连接  
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {  
        perror("listen");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    // 接受连接  
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {  
        perror("accept");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    // 收发数据  
    read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);  
    printf("Message from client: %s\n", buffer);  
    send(new_socket, "Hello from server", 18, 0);  
    close(new_socket);  
    close(server_fd);  
    return 0;  
}  

客户端代码（TCP）

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#define PORT 8080  
#define BUFFER_SIZE 1024  
int main() {  
    int sock = 0;  
    struct sockaddr_in serv_addr;  
    char *hello = "Hello from client";  
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};  
    // 创建套接字  
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {  
        printf("\n Socket creation error \n");  
        return -1;  
    }  
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);  
    // 转换IP地址  
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {  
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");  
        return -1;  
    }  
    // 连接服务器  
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {  
        printf("\nConnection Failed \n");  
        return -1;  
    }  
    // 发送数据  
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);  
    printf("Hello message sent\n");  
    // 接收数据  
    read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);  
    printf("Message from server: %s\n", buffer);  
    close(sock);  
    return 0;  
}  

常见问题与优化

1. 端口占用：若端口被占用，bind()会失败，可通过netstat -tulpn查看端口占用情况，或修改服务器端口。
2. 连接超时：客户端可通过setsockopt()设置SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO避免无限阻塞。
3. 多客户端处理：服务器可通过多线程（pthread）或select/poll/epoll实现I/O多路复用，提高并发性能。
4. 数据边界问题：TCP是流式协议，需自行处理数据分包问题，可通过固定长度消息或分隔符解决。

Linux下的Socket通信是网络编程的基础，掌握其原理和编程步骤对于开发网络应用至关重要，通过合理选择协议类型、优化I/O模型及处理异常情况，可构建高效稳定的网络服务，本文提供的示例代码可作为入门参考,实际开发中需结合具体需求进行扩展和优化。