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

! O3 f9 _: b+ M

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。
6 b5 c# f/ B5 }& U# c  P" \" _0 x/ q7 E- g

     "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）

& ?# g! w2 C. b

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
5 l1 W* g- t) A! o/ q

       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

- Y' t8 L8 ?- |: d: t

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）

1 e' P% ~' }  @) U  G, e" X' ~

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）

6 \4 |9 G, o3 q( f9 B

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。

( S4 j, |* j- Z, n, P* n+ z

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. 
   
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

) M* B. F9 ~7 b    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)

: ~0 G$ e+ v) ~% \! A* N4 Z    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。
7 S' u/ R8 ^1 @3 D4 G) C+ K
    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：
6 x4 [. t$ p5 p$ ]0 Y4 m

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）
   ( ^% I9 k2 T7 o8 c+ H9 T
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. 
   
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。
1 t5 l: _) I! p! y7 [9 J
   
( S+ l$ o" j$ G; n$ x& U  D

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
   5 A1 e5 L8 a) Y) c1 Z/ j% A
2.    
   # L  B2 N$ }3 ?* n) L# j
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   + K7 Z+ ~3 |: ^
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   : C) q+ r, M$ n- _; Y5 r7 y, R
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;
   8 M. N! c: D0 \# f4 I4 E& V4 F
2. .....
   1 V  C2 N& P1 ^/ C0 e) {
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   & {/ u, I7 E4 D" Y$ d
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
   : ~, _9 ~% s: t0 ]. m+ A
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   2 _% _" i. m4 ]& u# y! V5 V
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   1 p. [& W3 Z7 u/ o9 y8 N
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   4 \: ]4 H$ N9 M" t3 O
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    * ]( P: C9 |) q, P$ @, E
13. //do something here
    2 b* x: S' Q* Q! W- x2 I. t3 N$ Z* s
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 S- A' Y2 c5 C" G! \1 Z
2. 
   7 P, X2 f& v$ Z: J- k+ }7 \1 b3 ?8 t6 Z
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   7 t1 |9 `  _! w( V' z& x- s
6. 
   
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

% e7 ~) I  m0 _0 U! ]* C
; ]9 v6 w  O$ ~* ^9 N  I5 S; B

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。。。
& s& y( A5 j% G6 ^- n, s5 E

& s% y' v. B/ R7 E

客户端：

1. #include <time.h>
   & J# u2 [# O. j1 Z
2. #include <stdio.h>
   , |6 t6 h/ [$ l1 Z0 \
3. #include <stdlib.h>
   ; F$ Q5 V6 g: \& ~" I( N1 R
4. #include <string.h>
   . M  {: a& {0 w& _0 c7 h) S
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   : u8 Z, P2 E8 E9 |4 }, X$ g8 @" y, U
9. #include <sys/stat.h>
   ( _( I5 d4 g7 u5 _* J
10. #include <sys/types.h>
    7 z& m4 A( H) ^/ k2 K
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ' I. ~' {) _, N
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    & b! w1 X/ @! k2 i( k! t- L
18.   struct sockaddr_in addr;
    ! A* Q* [8 E) M1 F
19.   char msgbuffer[256];
    ! u8 c9 p6 Q7 k; T( L" ?" N
20.    
    
21.   //创建套接字
    9 o* ]4 J  e) i* H
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ) s2 w$ q5 ?- F3 A
23.   if(sockfd>=0)
    4 D& G1 q/ M9 t8 q: a$ C
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    : B# E3 C0 C( f& `# p  ~
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ' D3 s% T" B3 F9 \
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    4 a) T, I2 ^# q7 l. c2 _5 c
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);
    ! s6 K6 U+ N6 R6 b& D) Z! S$ `
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    " @. T9 F% O! \! C- j7 _
39.   
    . p; C2 O& L3 M% [7 F- R  a
40.   while(1){
    2 c. e3 g* G7 x: n& N
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 u, n# t" P8 B4 h6 s! _
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! D; Y! w! |, I6 r/ R+ e
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      b" W& r* w0 @
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    ! i, {4 R& t6 i; d
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 W) s3 l% a" {  w7 w
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ) |  Q3 R; c; w3 v( m
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    7 a- X2 o0 K$ S( P+ v$ J# o7 u5 h+ _
50.    
    
51.     usleep(500000);
    " m3 P0 n: W+ v3 P: l8 D9 f
52.   }
    0 I4 h# t1 K' W: G7 T7 @
53. }

复制代码

# G! z( m  L7 h" v( L% l3 C

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     E1 S6 a* z/ M
4. #include <string.h>
   1 O* c, K( e1 @" T0 R8 v5 U
5. #include <unistd.h>
   * _1 [3 F6 h% U& A6 ?) b6 C
6. #include <arpa/inet.h>
   ) o6 C( y+ F) v* D- Y$ H
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   : T4 h% [- G/ e
9. #include <sys/socket.h>
   1 a2 Q0 }3 G6 l2 S
10. 
    + h' ~& r. d; j) C" s9 ?/ |
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    2 a" l* d) T# S: T0 P; K3 ]/ D
14. int main(){
    / |9 q) \4 o0 j" Y7 i+ ?. A
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ' @8 S/ H# _3 Y8 H
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : K, s8 ~, P0 T, G3 a. J4 d/ [
18.   char msgbuffer[256];
    ! s& R& T( `- g9 G& L4 u
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    / K2 x7 C+ N2 J8 k
20.   fd_set fds;
    
21.    
    9 f7 ^8 ^* N2 V5 r+ _: [1 H. f
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ; J3 d7 U5 [6 I9 g) u
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    & t# {) _0 ]; d& l8 q- V  m
26. 
    
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));
    6 h' ~+ h0 F# }3 Z. _0 S, q1 p
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 C9 l4 W6 C  E( u0 ]! l# @) J3 N
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.    
    ) Z' l. R# C0 R6 g  h# f
33.   //将套接字于端口号绑定
    - n7 g: R7 P( ?5 f
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    0 h2 Y( M& j0 |$ X7 K
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    $ u; p8 U, w) ]2 i* e
40. 
    ) `' F7 G) }8 \6 d; f
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    4 f9 y3 E5 |& O7 N' W$ f
44. 
    8 a- i/ W9 @8 F7 F6 Q9 t5 u
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    $ r& {0 l* e0 ]  X
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    1 ^2 ]# z2 }+ K/ b6 _
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    $ Y% r( Q7 c/ c
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
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;
    
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    4 m+ T* g  M$ t) }# B1 K9 b
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    9 D8 L& d4 P: X! ^% K% L2 m7 k
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
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
    ( r& h5 |9 l  ?
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    " i- ?/ A6 ^) Z7 v% D( t8 ^$ ?( z
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));
    5 q* u7 }" ~, V7 b2 `) t# h
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ' r! s' a9 A% H9 f/ |* d/ p
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    7 J7 P( z2 p+ v4 J  K
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    5 Y1 V' v$ x4 [+ k6 ~5 {7 S0 k
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    7 A' J0 I2 g& J' O0 b. d1 j# ^' |
80. }

复制代码

* E2 z: X/ b2 z




0 |! ~1 S) B! R4 u& f