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

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。
" d' @. _& _3 M6 J+ n

     "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）
- n# Y8 d( z; U. j

/ k9 A9 Z) o1 ?( q) F8 U. c
' z# ^% h; q  I- z( E, {6 {

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

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）

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）

! q) A0 o8 V8 L* U1 u; P

" T. P, R( H) S9 u- o/ N

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。

( F( `/ Y! g4 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>
   
2. 
   5 j8 q, r4 B$ M" A$ n) X: n" {1 ?" X
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。

    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。
) m$ |9 ?$ e# K# [& y4 F0 W  m
- }# r5 p0 r/ A" j; m3 E    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：

/ H/ s! g! k* N2 @8 Z

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）
   9 v, D7 |4 [4 ^! L" G2 |( Q3 W+ s$ s
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）
   
4. 
   ) |: }; O) W. m' Y# I
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。
. ]# G: D7 M0 Q: E" f' j
   

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.    
   7 J- q- Q6 B8 j7 ^
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   6 T+ ?$ i4 p- K" M) Z+ w! R0 t
4. 
   ! o6 X/ ~0 I: a% H/ O# S3 o
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   / n2 ^- `5 [! S9 r* l2 ^
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;
   0 l* k( X$ |3 O$ m' `  ^5 h# b
2. .....
   . Q# D  U# p  W1 ^
3. fd_set set;
   ( a9 m. z. C+ i1 e9 S( a+ j, L
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
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
   5 `6 u6 ^# N$ U; H
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   % U  Y. r4 b* x: }& n( ]
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
   8 u. ?6 j1 h( Z. h% C
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    % e+ k5 ?& L& k# u& C6 `$ L
11. recv(s,...);
    
12. }
    0 `! [! [5 @9 Q
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。
   
2. 
     K8 G; `& u7 i6 E$ ]# v% }) G" l
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ( h0 o! K$ v  T" Z4 a
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   8 {# _0 L  y* c: J% u
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

7 k$ T5 g) y/ D. c) e+ z* E4 w

使用select函数的过程一般是：

    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。。。
7 E* j! c  |/ I! u

客户端：

1. #include <time.h>
   ( m  L: i% ~3 m# t
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   3 h. l* X: h4 k& i3 t
4. #include <string.h>
   $ I2 M1 Z. U& v5 C( T: P" p
5. #include <unistd.h>
   * i! k* b2 C- C: X, S0 G- n3 C3 e
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    " S) k: F( Y1 X& r; N7 G6 R" k2 c3 Z% t
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    7 ]0 o( h# }5 F% c( V
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    3 z! }6 Y  R1 y2 a( t: D3 r
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    6 b0 {* q5 b3 r+ K( V6 Q- @" g- O
19.   char msgbuffer[256];
    # j. i  e* p, O' H2 M6 t
20.    
    0 b2 ^1 x6 D/ F5 }1 W. M$ }" L9 V
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " V2 p; ~  i, g. y- O6 x7 g/ A+ Z' ]
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    / S1 m; O3 e+ [5 i
25. 
    9 a9 L5 _" }" y- h5 k3 [0 z5 U) [. O; s
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));
    ' h1 E! z6 I1 U0 R
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ( V- K$ f, l+ ^. v7 E
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    5 ]7 s" h/ v" S) h6 w! [1 x* N: E5 e
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    " V, q0 L. \; X6 d- F" _
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    & q7 t* u1 r2 U
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    , s# J  c; a( a7 a% g# \7 v3 X
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);
    & G6 y1 S# P. j+ ^
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    , A) `# }& k; g' \# u
39.   
    ( Z) z9 J% p: b( [( s( q+ _
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
    ( S! X* E: b( L7 b
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      L6 \5 O6 Z4 K- p. B
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( A' K, q7 o' q# L6 S. L
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ! k2 n2 O& k6 w! t7 ~' a
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   * V: C5 N5 ]0 D" V# Q& G
3. #include <stdlib.h>
   . T5 E3 Q; Y- e$ i- X
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   * n' t0 a& e) E' q2 m
6. #include <arpa/inet.h>
   3 L8 C1 E# C3 }# r4 w
7. #include <netinet/in.h>
   , |2 L1 E' p  I/ r+ k
8. #include <sys/types.h>
   9 i" q6 J1 I6 k, T; b1 ?( p
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    0 l3 u% P3 m6 [# C2 t3 D6 {
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    6 ^5 k. s  \3 Z; h7 \  X
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    1 U+ {- g& C6 H' {" Z9 n' c
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    0 a: ?+ X$ U1 G6 O  V
18.   char msgbuffer[256];
      G9 D0 X3 P6 o2 S6 l# l
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ' M( E2 B# L2 M$ I
21.    
    
22.   //创建套接字
    % r9 w2 n; _  S! @
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    5 E+ B3 W4 J8 z( \( B7 J4 S
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));
    + ]( U; ~7 P+ P" @, C
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    5 U/ U' F2 B6 s  y
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
    7 \8 h5 s- ]) _$ B
32.    
    . }4 B; y$ b5 y7 w7 ^7 {- A+ P
33.   //将套接字于端口号绑定
    ( I1 [; x0 q$ o( M! d8 @) W
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      F* {4 K/ B: {$ l% C
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    9 W: X8 x1 g2 D& Q
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
      K5 l; ~* Q6 B: d! \4 O9 f
39.     printf("begin listenning...\n");
    ( x- C4 |2 u6 p; G0 g
40. 
    2 m, K# h2 H1 r1 k# f" ]
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ' O( p+ r( O8 _# }* s( r" N
44. 
    
45.   while(1){
    8 j" J; M: l* u* \6 T
46.     //将服务端套接字加入集合中
    + f! ?" }. N' L
47.     FD_ZERO(&fds);
    ' t* k) n- u6 o) @7 }
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    5 p2 z( R8 u4 ^0 ]6 \! d
49.      
    3 a" o# L, g; `% k; V
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    2 l3 d# A7 c% ?8 B1 i% Q5 e
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . q, r0 R, i/ M9 l  t" p
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 P1 g2 C4 D/ i: @# k4 Z4 ^/ P
54. 
    , ]. Z+ P2 r. A8 m' _, z" w
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
    7 g( l1 ^0 h) Q  |# v2 }2 K
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ( m3 ~0 {8 t4 `' y' ]1 n
57.       continue;
    0 ~5 e  L- y7 q! j5 h4 \7 x3 v  b% y; [
58. 
    ( D9 ]; u+ Y& Y' l
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)){
    : B  W6 T1 t4 k# I
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);
    5 b' W3 W% S8 q  W' b" ^  q/ r
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
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 n( K# `. b& w$ R: V& E3 R
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
      C2 G2 d% {6 P) H( {" b
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    7 j' J5 W( I% N1 ~! U- ^6 k* b
73.              close(fd);
    - R( f/ B4 a2 W3 H
74.              printf("close connected\n");
    ; x3 h% F6 a' {; h( [5 q; X
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

2 W' i+ x+ Q2 D( C% V! ~' P


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