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。
# ]- o6 l0 N& u+ ^. y

     "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）

9 b! A0 Y  E/ q) o3 k7 t: x( l
- g$ c4 g. Y: Q8 a7 v

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
" J* m6 ?" V3 V# o9 m  S4 ]

       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

, H: _4 s" Y6 B$ }9 `" P( G+ g
5 m5 Z2 L9 C/ Y4 a# C5 @

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）

# l6 U) }/ L) g4 l# I
( k5 i3 f1 H0 F

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）

9 k' c3 O) c' M( M

- k7 S- z. B+ D( N) r

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。

$ k* I- R# {- ]& g! ^

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>
   $ L; r7 X( Q- w+ ^: E
2. 
   , A7 m/ t) J" }6 L7 e& b
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

: p+ K9 F/ N* l& m0 m" H    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

- v* \$ L$ s% K( `1 Y    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

* \3 s1 e# X- C- i4 ~2 M    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)

- x& J: ^& N" o3 }0 l# s. m2 m" w    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。
# L4 ]: K: x' @" ~5 \
    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：
# I0 s8 f9 F# U2 s, _

6 c$ ~7 n$ W9 X8 Y  W. f; [

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. 
   # J- ~6 n0 e$ |
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。
: m9 l( q. k/ V9 h' n. ]
0 e7 O. a& H6 S8 X2 ^% X' q/ y   
0 {0 A3 o3 f4 A8 M( e

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
   8 t9 V3 x# |4 |: \* ]. ~
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   4 `4 v7 X# p$ z& d4 }8 X
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   # Z. B. h  ]7 Z, p% P
6. 
   + `/ C4 K8 ^$ m: H  Z+ C# 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;
   
2. .....
   0 M8 w' f/ v2 j% c0 K, x
3. fd_set set;
   % a0 f* H- i( O0 \  h
4. while(1){
   # M+ d) B6 }0 x7 V
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   9 W# J- q; |( ?
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,
   7 z/ m' U  P: T4 H" f
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    5 _' Z3 T/ N4 l9 D6 X
12. }
    
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. 
   " W" [  K2 h' E9 y  M" i" H
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
     M1 N1 Y) i8 a! Q
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   " X1 J! @& z7 _) @6 p0 Y
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：

    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 y, E9 L0 A" X* N6 W( U' H

  ~, }7 V8 W5 U. ]$ z

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     o) W  l- a  b8 u  Y; n
4. #include <string.h>
   2 p  I( U# d/ V4 D
5. #include <unistd.h>
   7 f) n( B2 }6 Q, A: A7 o( _6 B
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   5 B; S. ^1 k4 K
8. #include <fcntl.h>
   3 ]/ I! z! c; g3 U+ Z0 a& U
9. #include <sys/stat.h>
   6 @0 d1 \' L  v; R- P, i
10. #include <sys/types.h>
    7 X( P7 U9 b2 v
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    6 ?2 Q' `( H. ^
17.   int sockfd;
    # m2 P+ I2 _! m' c: i0 X. m
18.   struct sockaddr_in addr;
      a: o2 h1 u1 q8 k* d, d/ D
19.   char msgbuffer[256];
    
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. 
    9 d* c& a/ L- e8 B, x
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));
    , z$ @) C  r: x
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    # C+ J' |4 |6 G4 @( N0 h% J, h
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    3 Z9 L5 j+ {+ y. \8 M
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    2 d- ~4 G* Z0 q! j
32.   //向服务器发送请求
    3 H6 I! N) p8 c$ G
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 q' @! }1 g! k
34.     printf("connect successfully\n");
    8 T0 @# h& q8 D5 w
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）
    ) p& w' ~5 ?( r( G7 i
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    - Z& F+ p/ x; _1 G1 y
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
    1 N: |; {* ^- B1 y$ j- t
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) y$ p6 x, w: {- \9 v& e( G
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 X6 n& o, n+ F  e. l
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    : L9 s. k! w/ p9 J
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    - ~, e" \. n% u7 Z
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ! Q7 J9 x2 |: H" y$ w/ B$ O
53. }

复制代码

1 L  C, F8 y3 s

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   & K* H! H7 L; I$ I# b
3. #include <stdlib.h>
   ! A/ u2 j7 \# v  A8 A; P
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
     V1 e7 H+ d% Z2 k3 h
6. #include <arpa/inet.h>
   3 X  J* m* o! ^' }& q
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ; f9 Y3 r0 d) z6 q. @
9. #include <sys/socket.h>
   ) H) X  A+ w" o0 a: l7 M, q
10. 
    # i4 M5 Y; \7 u- U: V: ~3 T
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    6 a/ U5 e/ g  l+ |& f
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    $ Z! n" J, r3 a9 V
13. 
    " @" o! U% a4 y) U& ?- p+ S$ v; h9 Y
14. int main(){
    8 C$ z7 ]' L1 n1 b7 l9 p5 u; c
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    4 P, j1 Y$ D, z
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    / }/ b/ Y( |2 @0 P" D* G' T5 {- ?
20.   fd_set fds;
    
21.    
    ; z$ D. S  |4 B# U3 p( X
22.   //创建套接字
    0 n* D7 y8 e# Y2 Z7 U, d
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    & y* e0 }. H4 J' {3 Z
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    0 D1 ^  M$ I, t$ {* H4 u% V
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    . ^7 g0 X3 C6 L1 x: u1 X
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    . ]8 e' w# Y' \- \4 |+ @
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
    , w" q* f; X. X! O2 W: ]
32.    
    " e2 N# Q3 q& r0 D
33.   //将套接字于端口号绑定
    * }( @4 W. H' r0 ?& |
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
    ) I; p9 ^$ y: Z) r4 B, O
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    $ [1 Z. p" G5 j7 o6 G
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    / e7 }7 X- y+ c8 C: ]2 d0 {
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    + w  Q( p1 o( z
44. 
    0 h; ]$ f0 _7 a6 \/ J  J
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    2 p% n( w6 C: G/ g6 b: M  h
49.      
    $ ~( q1 U( ?7 k5 e+ E0 F( d- N
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);
    $ }; J3 `: [+ b# B# W9 ~2 {' E( |9 x  f
54. 
    1 L$ `6 I) u3 m' b
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
    2 _' l  Z& f/ _4 K8 s. O
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ( A/ E5 u" R/ X. b
57.       continue;
    0 x+ E; t" m  e9 n: K- d$ i
58. 
    ' C& M2 E0 r, E7 }) p
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    $ O! {$ W; z) i- K7 ]$ q
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    7 x/ }- ]! f3 {3 l5 q. {. Q
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);
    . b1 R8 @) }. t
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
    . e) g- w2 L- k* V$ r1 W
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){
    0 _3 @/ Y+ S2 x# f7 ?2 Q, J5 V5 s
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
      T) j# m5 x9 w9 v  j
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ) U' q4 j9 ?8 k2 W
75.           }
    # ?+ E! M) [7 K9 i, q# n& }. |/ O2 T
76.         }
    - R' V$ w# {0 n# ]& i! Q
77.       }
    # N1 y3 l# f# l: @
78.     }
    : F. K6 F: y" h! k0 J: a
79.   }
    
80. }

复制代码

; L/ p. e1 H) P- d