28、初识socket（subprocess模块）

经过近一个半月的学习我们已经度过了python基础的阶段，今天我们开始学习python网络编程，没有难以理解的逻辑，更注重的是记忆。

 

本篇导航：

• 客户端/服务器架构
• scoket与网络协议
• 套接字
• 基于tcp的套接字代码实现
• 异常解决（了解）
• subprocess模块（简单介绍）

 

对网络协议和基础没有概念的可以在阅读本文前预习计算机基础3、网络协议：http://www.cnblogs.com/liluning/p/7170799.html

一、客户端/服务器架构

1、C/S结构，即Client/Server(客户端/服务器)结构

2、我们在互联网中处处可见c/s架构比如说浏览器，qq，lol，视频软件。。。

3、我们学习socket就是为了c/s架构的开发

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二、scoket与网络协议

首先我们需要实现网络通信必然需要多网络协议有着深刻的了解。而我们做开发如果把每一点都搞清楚太过于耗费精力，所以我们才有了scoket

socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的

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三、套接字

 套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。

1、基于文件类型的套接字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

2、基于网络类型的套接字：AF_INET

还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET

3、套接字函数的认识

首先我们要知道所有的函数使用都需要导入socket模块

1）socket()模块

import socket
获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

2）服务端套接字函数

bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
listen()  开始TCP监听
accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

3）客户端套接字函数

connect()     主动初始化TCP服务器连接
connect_ex()  connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

4）公共用途的套接字函数

recv()            接收TCP数据
send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
recvfrom()        接收UDP数据
sendto()          发送UDP数据
getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
getsockname()     当前套接字的地址
getsockopt()      返回指定套接字的参数
setsockopt()      设置指定套接字的参数
close()           关闭套接字

5）面向锁的套接字函数

setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

6）面向文件的套接字函数

fileno()          套接字的文件描述符
makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

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四、基于tcp的套接字代码实现

前面一次性近二十个函数是不是看蒙蔽了 来看看实际应用其实应用很简单

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp服务端

ss = socket()      #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
while True :      #服务器无限循环
    conn,client_addr=ss.accept()      #接受客户端链接
    while True :      #通讯循环
        conn.recv()/cs.send()      #对话(接收与发送)
    conn.close()      #关闭客户端套接字
ss.close()      #关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端

cs = socket()    # 创建客户套接字
cs.connect()    # 尝试连接服务器
while True :        # 通讯循环
    cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
cs.close()            # 关闭客户套接字

1、socket通信流程与打电话流程类似以此为例：

服务端：

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  #买手机
s.bind('127.0.0.1',8080)  #手机插卡
s.listen(5)  #开机

#print('starting...')
conn,addr=s.accept()  #等电话 （链接，客户的的ip和端口组成的元组）
#print(conn,addr)

data=conn.recv(1024)  #接收
print('client data: <%s>' %data)
conn.send(data.upper())  #发送

conn.close()  #挂电话
s.close()  #关机

客户端：

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡

#发，收消息
phone.send('hello'.encode('utf-8'))
data=phone.recv(1024)
print('server back res:<%s>' %data)

phone.close()

2、加上链接循环与通信循环

服务端：

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.bind(('127.0.0.1',8081)) #绑定手机卡
phone.listen(5) #开机 最多挂起5个服务

print('starting...')
while True: #链接循环
    conn,client_addr=phone.accept() #等电话 （链接，客户的的ip和端口组成的元组）
    print('-------->',conn,client_addr)

    #收，发消息
    while True:#通信循环
        try:
            data=conn.recv(1024)
            if not data:break #针对linux
            print('client data: <%s>' %data)
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            break
    conn.close() #挂电话
phone.close() #关机

客户端（可以有几个客户端一起链接后面的被挂起前一个断开后立马链接）：

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.connect(('127.0.0.1',8081)) #绑定手机卡

#发，收消息
while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data=phone.recv(1024)
    print('server back res:<%s>' %data)

phone.close()

3、模拟ssh远程模拟命令

服务端：

import socket
import subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8082))
phone.listen(5)

print('starting...')
while True:
    conn,client_addr=phone.accept()
    print('-------->',conn,client_addr)

    while True:
        try:
            cmd=conn.recv(1024)
            #if not cmd:break #针对linux
            #执行cmd命令，拿到cmd的结果，结果应该是bytes类型
            #。。。。
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            stdout=res.stdout.read()
            stderr=res.stderr.read()

            #发送命令的结果
            conn.send(stdout+stderr)
        except Exception:
            break
    conn.close() #挂电话
phone.close() #关机

客户端：

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 
phone.connect(('127.0.0.1',8082))

while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if not cmd:continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    cmd_res=phone.recv(1024)
    print(cmd_res.decode('gbk'))
phone.close()

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五、异常解决（了解）

解决方法：

#加入一条socket配置，重用ip和端口

phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数解决，
vi /etc/sysctl.conf

编辑文件，加入以下内容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 
然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
 
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

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六、subprocess模块（简单介绍）

允许你去创建一个新的进程让其执行另外的程序，并与它进行通信，获取标准的输入、标准输出、标准错误以及返回码等

Popen类

subprocess模块中定义了一个Popen类，通过它可以来创建进程，并与其进行复杂的交互。查看一下它的构造函数：

__init__(self, args, bufsize=0, executable=None, 
stdin=None, stdout=None, stderr=None, preexec_fn=None, 
close_fds=False, shell=False, cwd=None, env=None, 
universal_newlines=False, startupinfo=None, 
creationflags=0)

主要参数说明： 
args：args should be a string, or a sequence of program arguments.也就是说必须是一个字符串或者序列类型（如：字符串、list、元组），用于指定进程的可执行文件及其参数。如果是一个序列类型参数，则序列的第一个元素通常都必须是一个可执行文件的路径。当然也可以使用executeable参数来指定可执行文件的路径。

stdin,stdout,stderr：分别表示程序的标准输入、标准输出、标准错误。有效的值可以是PIPE，存在的文件描述符，存在的文件对象或None，如果为None需从父进程继承过来，stdout可以是PIPE，表示对子进程创建一个管道，stderr可以是STDOUT，表示标准错误数据应该从应用程序中捕获并作为标准输出流stdout的文件句柄。

shell：如果这个参数被设置为True，程序将通过shell来执行。 
env：它描述的是子进程的环境变量。如果为None，子进程的环境变量将从父进程继承而来。

实例化：

res = subprocess.Popen(r'dir', shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)