前言
这是一篇基于实战笔记整理的 Linux 网络编程入门博客,全程围绕 TCP 回声服务器/客户端 展开,从核心流程到代码实现,从编译运行到坑点排查,再到多客户端拓展,所有内容均贴合原始笔记图片,通俗化讲解每一个关键知识点,帮你快速入门 Linux C 语言 Socket 编程。
1. TCP Socket 通信核心流程
首先,我们先明确 TCP 协议的核心特性:面向连接、可靠传输,简单说就是通信双方必须先"建立连接",才能传递数据,通信结束后还要"断开连接"。而实现这一过程的核心流程,笔记里已经清晰梳理,对应如下图片:

1.1 服务端(被动等待连接)
服务端是"被动接收连接"的一方,流程一步都不能少,总结为 6 步:
socket():创建一个套接字(相当于通信的"管道")bind():给套接字绑定本机的 IP 地址和端口号(相当于给管道分配一个"门牌号")listen():开启监听,等待客户端连接(相当于站在门后等客人上门)accept():阻塞等待客户端连接,有连接到来则建立会话(相当于开门迎接客人)read()/write():与客户端进行数据交互(相当于和客人对话)close():关闭套接字,释放资源(相当于送走客人,关门清理)
1.2 客户端(主动发起连接)
客户端是"主动找服务端"的一方,流程相对简洁,总结为 5 步:
socket():创建一个套接字(同样是通信"管道")connect():指定服务端的 IP 和端口,发起连接(相当于根据门牌号找服务端)read()/write():与服务端进行数据交互(相当于和服务端对话)close():关闭套接字,释放资源(相当于结束对话,离开)
小贴士:从图片里能看到,客户端没有
bind()步骤,这是因为内核会自动给客户端分配一个临时端口和本机 IP,无需手动配置,简化了客户端的开发。
下面我们通俗化讲解每个函数,同时附上可直接使用的代码片段。
2.1 socket():创建套接字
函数作用:创建一个用于通信的套接字,返回一个文件描述符(Linux 里"一切皆文件",套接字也不例外,后续的读写操作都基于这个文件描述符)。
函数原型:
c
int socket(int domain, int type, int protocol);
核心参数:
domain:地址族,选AF_INET(表示使用 IPv4 协议,日常开发最常用)type:套接字类型,选SOCK_STREAM(表示使用 TCP 协议,字节流传输,可靠有序)protocol:协议编号,选0(表示默认协议,对应上面的SOCK_STREAM,就是 TCP 协议)
代码示例(含错误处理):
c
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == -1) { // 返回 -1 表示创建失败
perror("socket create failed"); // 打印错误信息
exit(1); // 退出程序
}
printf("套接字创建成功,文件描述符:%d\n", sock_fd);
close(sock_fd); // 关闭套接字
return 0;
}
2.2 bind():绑定 IP 和端口
函数作用:给服务端的套接字绑定固定的 IP 地址和端口号,让客户端能找到它。
函数原型:
c
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
核心要点:
- 第二个参数
addr要求是struct sockaddr类型,但实际开发中我们常用struct sockaddr_in(专门用于 IPv4 地址),需要强制类型转换(图片里重点标注了这一点,新手必踩坑) - 端口号需要用
htons()转换字节序(后续会详细讲解,记住"端口必须转"即可) - IP 地址可以用
INADDR_ANY(表示绑定本机所有网卡地址,本地测试、服务器部署都常用),也可以用inet_addr()转换具体 IP(如127.0.0.1)
代码示例(含错误处理):
c
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define PORT 8888 // 定义端口号
int main() {
// 1. 创建套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == -1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}
// 2. 初始化 sockaddr_in 结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清空结构体
server_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族:IPv4
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 端口号:转换为网络字节序
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定本机所有网卡地址
// 3. 绑定 IP 和端口
int ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (ret == -1) {
perror("bind failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("IP 和端口绑定成功,端口:%d\n", PORT);
close(sock_fd);
return 0;
}
新手坑点 :如果直接写 server_addr.sin_port = PORT; 而不做 htons() 转换,大概率会绑定失败,图片里特意标注了这一点,一定要注意。
2.3 listen():开启监听
函数作用:让服务端的套接字进入"监听状态",等待客户端发起连接。
函数原型:
c
int listen(int sockfd, int backlog);
核心参数:
sockfd:已经绑定好的套接字文件描述符backlog:监听队列大小(如 5,表示同时能等待的连接请求数,超出的会被拒绝),仅作内核提示,不同系统有默认值,新手填 5 即可满足需求
代码示例:
c
// 接上面 bind() 成功后的代码
ret = listen(sock_fd, 5);
if (ret == -1) {
perror("listen failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("监听开启成功,等待客户端连接...\n");
2.4 accept():阻塞等待客户端连接
函数作用 :阻塞等待客户端的连接请求,有连接到来时,会创建一个新的套接字(用于和当前客户端交互),原套接字继续监听新的连接。
函数原型:
c
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
核心要点:
- 阻塞函数:如果没有客户端连接,程序会一直停在这里,不会往下执行(图片里重点标注了"阻塞")
- 返回值:成功返回新的文件描述符(
conn_fd),用于和当前客户端交互;失败返回 -1 - 后两个参数可以传
NULL,表示不获取客户端的 IP 和端口信息(新手简化开发可用)
代码示例:
c
// 接上面 listen() 成功后的代码
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == -1) {
perror("accept failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("客户端连接成功,新套接字描述符:%d\n", conn_fd);
2.5 connect():客户端发起连接
函数作用:客户端指定服务端的 IP 和端口,发起 TCP 连接(三次握手)。
函数原型:
c
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
代码示例(客户端):
c
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define PORT 8888
#define SERVER_IP "127.0.0.1" // 服务端 IP(本地测试)
int main() {
// 1. 创建套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == -1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}
// 2. 初始化服务端地址结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
// 3. 发起连接
int ret = connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (ret == -1) {
perror("connect failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("连接服务端成功!\n");
close(sock_fd);
return 0;
}
2.6 read()/write():数据交互
函数作用:通过套接字文件描述符,实现客户端和服务端之间的数据读写(发送和接收)。
函数原型:
c
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
核心要点:
fd:套接字文件描述符(服务端用conn_fd,客户端用sock_fd)buf:数据缓冲区,用于存储读取/要发送的数据count:缓冲区大小- 返回值:成功返回实际读写的字节数;返回 0 表示对方关闭了连接;返回 -1 表示读写错误
- 新手坑点:
read()读取的数据没有字符串结束符'\0',需要手动添加,否则会出现乱码(图片里重点标注了这一点)
代码示例(服务端回显数据):
c
// 接上面 accept() 成功后的代码
#define BUF_SIZE 1024
char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
// 读取客户端发送的数据
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE - 1); // 留 1 个字节给 '\0'
if (n == -1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("客户端关闭连接\n");
break;
}
// 手动添加字符串结束符,避免乱码
buf[n] = '\0';
printf("收到客户端数据:%s\n", buf);
// 回显数据给客户端(把收到的数据原封不动发回去)
write(conn_fd, buf, n);
}
close(conn_fd);
close(sock_fd);
2.7 close():关闭套接字
函数作用:关闭套接字文件描述符,释放系统资源。
函数原型:
c
int close(int fd);
核心要点:
- 服务端需要关闭两个文件描述符:
conn_fd(和客户端交互的套接字)、sock_fd(监听套接字) - 客户端只需要关闭一个文件描述符:
sock_fd
3. 完整代码实现(服务端 + 客户端)
结合上面的函数解析,笔记里给出了完整的服务端和客户端代码,对应如下图片:

3.1 服务端完整代码(server.c)
c
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024
int main() {
// 1. 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == -1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}
// 优化:设置套接字地址复用,避免端口占用问题
int opt = 1;
setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
// 2. 初始化服务端地址结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 3. 绑定 IP 和端口
if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("bind failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
// 4. 开启监听
if (listen(sock_fd, 5) == -1) {
perror("listen failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("服务端启动成功,监听端口 %d,等待客户端连接...\n", PORT);
// 5. 阻塞等待客户端连接,处理数据交互
while (1) {
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == -1) {
perror("accept failed");
continue;
}
printf("客户端连接成功,开始数据交互...\n");
char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
// 读取客户端数据
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE - 1);
if (n == -1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("客户端关闭连接,等待新的客户端...\n");
break;
}
// 手动添加结束符,避免乱码
buf[n] = '\0';
printf("收到客户端:%s\n", buf);
// 回显数据给客户端
write(conn_fd, buf, n);
}
// 关闭当前客户端套接字
close(conn_fd);
}
// 6. 关闭监听套接字(实际运行中这里不会执行,因为上面是无限循环)
close(sock_fd);
return 0;
}
3.2 客户端完整代码(client.c)
c
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024
int main(int argc, char *argv[]) {
// 检查命令行参数(需要传入服务端 IP)
if (argc != 2) {
printf("使用方法:%s <服务端IP>\n", argv[0]);
exit(1);
}
char *server_ip = argv[1];
// 1. 创建 TCP 套接字
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd == -1) {
perror("socket create failed");
exit(1);
}
// 2. 初始化服务端地址结构体
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
if (inet_addr(server_ip) == INADDR_NONE) {
printf("无效的服务端 IP\n");
close(sock_fd);
exit(1);
}
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);
// 3. 连接服务端
if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("connect failed");
close(sock_fd);
exit(1);
}
printf("连接服务端 %s:%d 成功,开始发送数据(按 Ctrl+D 退出)\n", server_ip, PORT);
// 4. 数据交互:从键盘读取输入,发送给服务端,接收回显
char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
printf("请输入要发送的数据:");
ssize_t n = fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
if (n == -1 || n == 0) { // 读取到 EOF(Ctrl+D)
printf("退出客户端\n");
break;
}
// 发送数据给服务端(fgets 会读取换行符,一起发送)
write(sock_fd, buf, n);
// 接收服务端回显数据
memset(buf, 0, sizeof(buf));
n = read(sock_fd, buf, BUF_SIZE - 1);
if (n == -1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("服务端关闭连接\n");
break;
}
buf[n] = '\0';
printf("收到服务端回显:%s\n", buf);
}
// 5. 关闭套接字
close(sock_fd);
return 0;
}
4. 编译与运行实战
代码写好后,需要在 Linux 环境下编译和运行,笔记里给出了详细的操作步骤和运行效果,对应如下图片:





4.1 编译命令(gcc 编译器)
Linux 下使用 gcc 编译器编译 C 代码,生成可执行文件,命令如下:
bash
# 编译服务端代码,生成可执行文件 server
gcc server.c -o server
# 编译客户端代码,生成可执行文件 client
gcc client.c -o client
小贴士 :如果编译时报错"头文件未找到",说明缺少必要的开发库,可安装 libc6-dev 解决(Ubuntu/Debian 系统):
bash
sudo apt-get install libc6-dev
4.2 运行步骤(必须先启服务端,再启客户端)
-
终端 1:启动服务端
bash./server运行成功后,会输出:
服务端启动成功,监听端口 8888,等待客户端连接... -
终端 2:启动客户端
本地测试时,服务端 IP 填
127.0.0.1(本机回环地址),命令如下:bash./client 127.0.0.1运行成功后,会输出:
连接服务端 127.0.0.1:8888 成功,开始发送数据(按 Ctrl+D 退出)
4.3 运行效果(回声服务器)
- 客户端输入任意字符串,回车发送;
- 服务端会打印收到的客户端数据;
- 客户端会打印服务端回显的相同数据,实现"回声"效果;
- 客户端按
Ctrl+D可关闭连接,服务端会提示"客户端关闭连接,等待新的客户端"。
5. 新手常见坑点排查
运行过程中很容易遇到各种问题,笔记里总结了最常见的 3 个坑点和解决方法,对应如下图片:





5.1 坑点 1:bind 失败,提示 Address already in use(地址/端口被占用)
问题现象 :编译成功后,启动服务端时,报错 bind failed: Address already in use。
排查命令:查看 8888 端口的占用进程,二选一即可:
bash
# 方法 1:netstat 命令(需要安装 net-tools)
netstat -anp | grep 8888
# 方法 2:lsof 命令(需要安装 lsof)
lsof -i:8888
解决方法:
-
杀死占用进程 :找到进程 PID,用
kill -9 PID强制杀死(示例:kill -9 12345); -
设置套接字地址复用 :在服务端
socket()和bind()之间添加如下代码,避免端口释放后短时间无法复用(这是服务端必加的优化代码,已经包含在上面的完整代码中):cint opt = 1; setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
5.2 坑点 2:connect 失败,提示 Connection refused(连接被拒绝)
问题现象 :客户端启动后,报错 connect failed: Connection refused。
常见原因:
- 服务端未启动(最常见);
- 服务端 IP 或端口填写错误;
- 防火墙拦截了 8888 端口;
- 服务端绑定了具体 IP(如
192.168.1.100),客户端用127.0.0.1连接失败。
排查步骤:
- 确认服务端已启动,且终端 1 无报错;
- 用
ping 服务端IP测试网络连通性(本地测试用ping 127.0.0.1); - 用
netstat -anp | grep 8888确认服务端端口处于LISTEN状态。
5.3 坑点 3:数据读写乱码
问题现象:客户端和服务端能正常通信,但打印的数据有乱码(如"???""烫烫烫")。
问题原因 :read() 读取的数据是纯字节流,没有字符串结束符 '\0',而 printf() 打印字符串时,需要以 '\0' 结尾,否则会继续读取内存中的垃圾数据,导致乱码。
解决方法 :read() 成功后,按实际读取的字节数给缓冲区添加 '\0'(已经包含在上面的完整代码中):
c
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE - 1);
if (n > 0) {
buf[n] = '\0'; // 手动添加字符串结束符
}
6. 进阶拓展:单客户端 → 多客户端处理
上面的是单客户端版本 ,
服务端一次只能处理一个客户端,其他客户端需要等待当前客户端关闭连接后才能接入,:



6.1 多客户端处理三大方案
| 方案 | 核心函数/接口 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 多进程(fork) | fork() | 实现简单,子进程独立,互不影响 | 客户端数量少的场景 |
| 多线程(pthread) | pthread_create | 轻量级,资源占用少,切换效率高 | 客户端数量中等 |
| IO 多路复用 | select/poll/epoll | 单进程处理所有客户端,效率最高 | 高并发(万级客户端) |
6.2 多进程方案核心实现(修改服务端代码)
核心逻辑 :服务端 accept() 成功后,调用 fork() 创建子进程,子进程处理当前客户端的 read/write 交互,父进程关闭当前客户端套接字,继续 accept() 等待新的客户端。
关键修改点:
fork()创建子进程,返回值为 0 表示子进程,大于 0 表示父进程;- 子进程关闭监听套接字
sock_fd,专注处理当前客户端; - 父进程关闭客户端套接字
conn_fd,继续监听新连接; - 忽略
SIGCHLD信号,避免子进程退出后产生僵尸进程(占用系统资源)。
多进程服务端核心代码片段:
c
// 引入信号处理头文件
#include <signal.h>
int main() {
// ... 前面的 socket()/bind()/listen() 代码不变 ...
// 忽略 SIGCHLD 信号,内核自动回收子进程资源,避免僵尸进程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
printf("服务端启动成功,监听端口 %d,等待客户端连接...\n", PORT);
while (1) {
int conn_fd = accept(sock_fd, NULL, NULL);
if (conn_fd == -1) {
perror("accept failed");
continue;
}
printf("有新客户端连接,创建子进程处理...\n");
// fork() 创建子进程
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork failed");
close(conn_fd);
continue;
} else if (pid == 0) {
// 子进程:关闭监听套接字,处理当前客户端交互
close(sock_fd);
char buf[BUF_SIZE];
while (1) {
ssize_t n = read(conn_fd, buf, BUF_SIZE - 1);
if (n == -1) {
perror("read failed");
break;
} else if (n == 0) {
printf("当前客户端关闭连接,子进程退出\n");
break;
}
buf[n] = '\0';
printf("子进程收到数据:%s\n", buf);
write(conn_fd, buf, n);
}
// 子进程关闭客户端套接字,退出
close(conn_fd);
exit(0);
} else {
// 父进程:关闭客户端套接字,继续等待新连接
close(conn_fd);
}
}
close(sock_fd);
return 0;
}
运行效果:启动服务端后,可以同时启动多个客户端,每个客户端都能和服务端独立进行回声交互,互不影响。
7. 补充知识点:网络字节序与主机字节序
笔记里还补充了字节序的知识点,解决新手"为什么要加 htons()"的疑惑,对应如下图片:

7.1 什么是字节序?
字节序是指多字节数据在内存中的存储顺序,主要分为两种:
- 主机字节序 :不同 CPU 架构的存储顺序,x86 架构(大部分电脑、服务器)为小端序(低字节存低地址,高字节存高地址),ARM 架构可配置;
- 网络字节序 :TCP/IP 协议规定的统一存储顺序,为大端序(高字节存低地址,低字节存高地址)。
7.2 为什么需要转换?
因为不同主机的字节序可能不同,如果直接传输数据,会导致数据解析错误,所以 TCP/IP 协议规定:网络传输的数据必须使用网络字节序,因此需要将主机字节序转换为网络字节序,反之亦然。
7.3 常用转换函数
- 16 位数据(端口号常用):
htons():Host to Network Short(主机字节序 → 网络字节序)ntohs():Network to Host Short(网络字节序 → 主机字节序)
- 32 位数据(IP 地址常用):
htonl():Host to Network Long(主机字节序 → 网络字节序)ntohl():Network to Host Long(网络字节序 → 主机字节序)
小贴士 :inet_addr() 函数在转换 IP 地址时,内部已经做了 htonl() 转换,因此无需手动转换 IP 地址,只需要手动转换端口号即可。