编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

9 @8 p- `' F* c

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）
/ R3 h3 R# `) b2 k$ z+ j

- m% F0 B2 i1 b2 K
9 Z' ]! n* S! f: y$ W0 ]

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

/ i) W3 _+ e! J& `, o- T% Z- `

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

7 A+ }: K2 U) z( d- H, y, U9 e1 a
  W3 C% q  z& i! O

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

# ]' h5 ]* u0 v+ F! g

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

' X5 [) ^- p1 j* \* K, Z
! ]3 J, Q: J& Q' ]' t' l( X

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   ; U  ~, V- J- [+ _+ g) X9 f4 Z, n7 O* P
2. 
   : @7 ~; T; \4 l
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

9 v6 ]4 q/ p/ }" [    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

* m/ a: Z' p: S9 f7 B    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
9 g! Q6 a% W7 h( D
    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：
3 T, g. i% Y2 h- R, C4 }* ~" d3 H

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   0 y4 a3 u+ c/ \
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

   

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   - y3 w4 V2 R$ s
2.    
   % ^9 y# Z! D3 t7 ?3 g9 }
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   " w1 T0 h, W& v* S% ]& x
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   4 y( S: p) F2 ]+ O9 N) T8 \
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   
2. .....
   ; U. u/ m; t- C8 k! Q- Z
3. fd_set set;
   9 W5 e& Q3 G5 l2 [$ C
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   4 q7 e9 l4 W1 c, E/ d# T0 p
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
     ~, N: J1 N5 z- m! l3 z, N; h
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   , k% \5 B( ^6 g2 F$ w# g; g7 @
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    1 J; P. a! H1 k* b2 ?7 ]
11. recv(s,...);
    
12. }
    4 L% B( J5 O, }+ y! Z
13. //do something here
    : r8 l+ X  M. U3 s. B: U
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ( z. S' Y2 S& Q. O* r0 [: m6 k; p
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   : q# x( h5 t) T  d& S1 h8 Z
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

使用select函数的过程一般是：

/ L6 D7 z) ~+ W    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
0 a; E5 D' p, P  f

8 `/ y! @& I5 z4 ]+ d

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   1 [$ T, i! S# W  q  i$ t& u7 l
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   4 N9 O6 v1 u- V  b- W# S4 B
5. #include <unistd.h>
   ) E2 t: |6 N3 e& s) m3 d
6. #include <arpa/inet.h>
   ! ~( o' p  y/ M$ R& w+ I3 H
7. #include <netinet/in.h>
   2 Y; ^" _) \# n# p7 M) x3 D
8. #include <fcntl.h>
   3 n- {3 [! I1 `
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    7 R. [. T$ \4 _& k0 e) [
11. #include <sys/socket.h>
    + ^. q& q* u' `3 t
12. 
    2 h: J0 A0 R( {
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    6 z5 l# B9 l& Y# \% D
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    2 y2 `6 a% k' L+ v: S, y
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ! m+ `& f4 h" B0 w
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ! j9 U+ c/ H% \- E: ]
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    % J" g/ E5 J$ |+ `; m0 V7 }: u
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    9 q. J' i& m+ B/ X6 l# ]
31.   
    / j) v. J0 Q. z7 L, h+ X
32.   //向服务器发送请求
    " a7 M" @' s/ @/ M; Y
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ) t8 k8 o' p8 i( v, B
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    1 q4 \9 V0 J% _5 ]# n8 q9 g
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    : b0 K" y: J; ~
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    0 H1 [6 w$ W+ m: _  i. O
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    + }( }1 j5 ]9 d! b
53. }

复制代码

) K0 ^# ?  V: C+ N2 H4 g0 n( B
0 G* e, o/ W1 P4 a) \1 `3 h

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   9 |$ H2 @' A& t4 r* x4 k/ l0 {7 Y
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ; z) `* F5 r" E/ G
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   " s, W7 `/ D$ E% k# Q
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   # }' W% B3 N% E0 W
10. 
    5 }8 S$ O5 _; g' w* u) e2 l$ j
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    8 A( _- q0 y! U3 ^
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    / v1 T( X, T5 f6 V  q# K" V* q
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    % s* w& }$ w. l: e- R
18.   char msgbuffer[256];
    : K# {' @  u3 t/ h' o1 x4 t
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    % \) N# ~* T" `; {% [' L
21.    
    0 {  u$ S& M- n  f9 {2 u; Z8 Q) J0 O
22.   //创建套接字
    9 h+ ]0 K8 J# }# k5 `+ j
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    3 F$ H6 z( E) j% a6 l" S9 v9 k
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    , m  D3 ]1 L2 [. r. Y  T
26. 
    9 v% U2 E# D. ?- g( U
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
      C$ o1 a9 i2 M
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    & s, [3 b% z2 ]
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    # a- [  {0 u& s  o' Z) A
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    7 _. K8 c& C) ^2 e; m9 ^6 k) Y
36. 
    2 P8 v+ C+ l8 T5 J9 c
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    0 K% a% q% ?; o  _. x. E2 ^
39.     printf("begin listenning...\n");
    , O9 ]8 w1 h* G6 ^9 y7 P. A
40. 
    . Q% d& H& d! |1 ]2 R1 w2 P
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    4 U% f! a* k1 }; {# G) ]$ V
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' C- l5 e6 N' d- V5 R) ^
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ; E# a! p5 o. i3 Y3 S. [+ b3 X
54. 
    . D* I  {0 V6 C0 t. d2 X7 |: k
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    * _! e# w+ p' K" C  u8 c" t+ [$ x  O
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    9 t& o6 u5 B0 ~+ k
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ( _6 `; M3 g$ N; c5 d
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    1 A0 `5 a( w) R/ T: f
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    4 O9 ~5 @3 r' F$ F
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    " p. d9 A  s( X5 g$ x' f2 I
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    4 G2 h& N' Y4 f1 ^* T" ?. a7 i! |
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % P+ W7 w/ J, ?3 H
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    2 Z2 `7 P+ a) B" N6 U! `# d% e
72.              is_connected[fd]=0;
    5 U, e4 ?3 {2 M! v, P
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    8 r+ @) X9 }9 M7 q0 Q8 n
79.   }
    - L' ^4 W' a/ l" V
80. }

复制代码

8 h- P8 }) M! B& Y) M0 @& d  a
3 N  P, [6 o4 p- b
7 D! n; d. N6 B4 \

9 ~( V/ k; S0 h" B0 p