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

# F, Y" c" u1 C' ?( a/ T" F  b

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。
  S+ f5 X, x. m  K) R

     "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）
6 R' f1 p( b- A

9 f4 ~2 P5 ^% L" r# t# r

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

. e5 ]# }5 A' |

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 r& w7 A2 ^  B2 K

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）

; y! t9 d; P3 [" t

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。

4 H- U) M1 D7 A4 P6 X& \
0 ~: {- N' q6 q" n

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>
   - q& o) H% ?$ H
2. 
   
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

0 w$ Z% |7 i( Y6 ?6 Z0 E/ @    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

: n) O4 m; t6 y: ~% o- ?5 p$ \8 }4 ^    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    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)

    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。

    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：
: \; t5 S: N- R% t  o# p4 u

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）
   3 ]( o; q, |. {. O$ e3 f& c; H
2. 
   & t" z% M. t6 K3 `7 f& o1 ]3 L
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）
   . O( H9 W3 y! Y  s1 G
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。

; C9 d3 A- \2 h   

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
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   4 K, N5 S$ p1 h6 v
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   , j. A* X, S# T$ `: Q, c9 U
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
   
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
   5 V# j2 H! A& u
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    7 u/ {; H" i3 f
13. //do something here
    
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。
   3 O' y5 C0 i0 j; c& V
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   - R/ q4 W0 y/ D1 A  X; B1 _, Q, J; c# V
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   $ s0 G1 T% s$ [
8. 
   ( h8 f. L! @. S5 I' i4 ~. n% s
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

% {. J# g& [$ m& G

使用select函数的过程一般是：

" H( M& g3 D" U& \. i4 O    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。。。
9 b9 `" o8 \7 |5 }5 N

/ y- p# ?4 j/ b0 L: B6 r+ ?, i6 l0 w6 a

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   8 w: Y" }$ U+ [4 m7 B; K" G0 v
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ) Z6 t' a3 W% \% a3 O
7. #include <netinet/in.h>
   9 |2 e3 G7 N# X1 O# N1 `3 k# y
8. #include <fcntl.h>
   ) r1 h, n  L1 T  f- _! G
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    9 i) K* ^8 W  e; r
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    . m8 t3 v% o" G, P0 ^* w) w* s1 S
15. 
    4 L1 I* `6 A, T# t9 e
16. int main(){
    0 {9 R& P  c: W* G; q$ X4 D$ Z! i0 l& K
17.   int sockfd;
    + P4 W) j1 ~! x+ N: q
18.   struct sockaddr_in addr;
    ( [- R# K2 l, I! r  a5 Y0 s
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    , K7 Q! z+ @, B; E; m7 k! ?
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! O2 r/ t/ O) {
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' e. o  m3 A0 B1 Y
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));
    / o* I7 ]6 m% ]/ @2 y- G+ y. \2 d
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    3 Z* v! `; Q. U( S* ~
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    9 S6 u# S( {7 {
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    2 {* \4 Y+ i; s$ j$ u: p
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 a4 m  D, Y% a* A6 a' f/ R
34.     printf("connect successfully\n");
    , R/ j& h9 ?, |+ V0 Z, y- B4 K
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）
    - M  }' e' k# f! c" T2 V; k' F
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ( p& A; L. p* A5 r6 I2 o9 [- p
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 B3 T, q: [0 G$ X; {0 [; M
39.   
    
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
    $ P2 A6 \6 C2 @, k- F
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 T6 b. s' A6 ?  W, V
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! r$ M, }7 R* i6 @' A& w
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 r- G% p+ |+ d
50.    
    ; k, T+ H$ m% a, V; ^/ \2 ?# R1 Z
51.     usleep(500000);
    & m/ S+ Z  \, d  H+ s
52.   }
    
53. }

复制代码

1 v$ X% J4 B6 p
2 f) B  v" \1 x) Y

服务端：

1. #include <time.h>
     W2 Y' `9 u8 U4 [0 |  j, ^" g
2. #include <stdio.h>
   1 l4 ]& O' A/ v0 @1 p: }) i
3. #include <stdlib.h>
   * k5 A! c2 _7 W  T
4. #include <string.h>
   ! m' E% N& f3 N  Y% B' m7 m
5. #include <unistd.h>
   , k. j2 r4 p% V( P! i! S
6. #include <arpa/inet.h>
   # u. A0 H" y5 o/ i- h; k  W; j
7. #include <netinet/in.h>
   + K/ A/ B# B4 m# n% x. }
8. #include <sys/types.h>
   ! o  a# {* ~- M& D9 k
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ' q  G' ~! L$ K& ]' B0 o
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    # V! G4 \# |3 Q$ L: W. N
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    ) r, s1 F5 ^4 C" F. @
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    % P7 M/ Z4 s6 ^8 f0 n; @, [$ H/ e
18.   char msgbuffer[256];
      R+ {( f8 v1 C9 E  d
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    % i7 A$ P: H% Z5 O" @
20.   fd_set fds;
    2 W" [1 b( V: T
21.    
    , Z8 ^' I6 [7 [/ e- W7 ^
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    - W/ h4 X$ ?* M7 I) M
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    ) i( ~" @7 X. ?& d$ n
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));
    ! ?1 v( i9 q; u  I8 Z5 N& z
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    % E. N5 J3 ?0 N, o$ t# e
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
    % R# c0 Q- V4 h0 d3 s; e
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    3 m: A, _) _* G3 Z  d  {9 ^1 p3 a+ u
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 ^0 G* M! W" J, l! a! J0 w
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    0 r. e$ o- _5 r
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    3 d# m' u- E, d, e
39.     printf("begin listenning...\n");
    % F) u; p+ M! X% ~$ C, l/ X9 T9 p
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    # j+ k. A2 g8 {$ ?) H
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    , s1 `/ g- R; G% R5 ]' E
43.     is_connected[fd]=0;
    5 G2 U& A! P2 q+ N1 {6 f
44. 
    / E; M/ O0 H" ]2 D$ _: L
45.   while(1){
    4 K: u* P7 N: y% I& d! c" U
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    9 F3 v9 \$ @/ J2 h. P9 A
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    3 m$ O5 c* y1 _$ n2 D" C/ J6 t
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    2 H: N" g- }1 A) @" V2 C' q
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    2 P' b) O- g: I0 O
52.       if(is_connected[fd])
    . {$ d9 L* r4 j/ d
53.         FD_SET(fd,&fds);
    * [* n0 `" R. W; T, ~; C
54. 
    
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;
      h! c  C& z! f; v, h
58. 
    $ a6 @# d( @6 X1 k8 [
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    * H. n7 |5 X$ m1 k8 h
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    7 V2 @6 E0 i) T( ~- r
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    # p$ C; p# c5 q; E
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ! x1 Y. ?) b) t+ o
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
    . b6 z3 a+ t9 z5 l3 e
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    ; ~6 S( b' J# k& U$ n; X* e4 Y
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    1 G+ A# l8 q+ [; T" d
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    . t5 G3 D3 y- Z. N+ l7 i4 g: [
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ( [' N$ V2 |4 d; P4 V: L" X
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    2 E: r8 F+ _0 [& Y: ~9 X
73.              close(fd);
    # a- C9 J' m- y5 _7 l8 D" O1 I' r
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    3 k% b2 }( r, @8 d3 n0 c
77.       }
    4 Q9 w0 E* @4 X6 s/ a* ~
78.     }
    5 ~0 `" @- _9 v7 j
79.   }
    
80. }

复制代码

) _2 _( l4 }' ~9 ~( \


5 A, [6 r2 L& @: k

2 y8 \0 \- O1 v2 Y( `