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

2 g0 {* h* U4 ^4 Z# a  v! k

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）
8 Q/ R5 C$ Q( A9 l* e+ y0 ]

. h1 ?1 S- `7 _% {, M0 _
7 x4 }( }$ ^' M" Q

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）

: C  D$ b5 s2 L6 [

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）

1 f, k. G) ^# z4 h; e" [# 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。

/ M$ ?. p* L, o- V$ [

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

6 _% P$ j( z3 ?    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)

7 f! Y! D) u( a# O& [( @    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：

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）
   * n! D! s' k+ M
4. 
   % H+ }+ |5 M1 Z
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。
) ~! k5 c4 g6 Y
   

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
   , B" p+ t$ _$ |; D8 @5 n
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   , Q1 K4 b! g. ^, c' x  i5 z9 n
4. 
   - ]" s7 J* l; |: b8 d& F+ d5 f# F  I# J
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   2 ~1 x( [- D, z: \3 n
6. 
   5 e8 I  |# z9 r2 Y1 p
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 P4 }: b9 d* S
2. .....
   
3. fd_set set;
   - p2 l6 z* v8 v! p9 D# _1 f
4. while(1){
   + h( g$ _. m6 P3 ?7 z( o( N
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   6 ~4 I1 M- ~' H* V, R
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
   2 L& }+ j+ D- @7 m# N* ~% n. V
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   7 @8 t2 r' U4 m5 l  c9 a
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   " H: K' U9 F0 R) }
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   % q: x* j; j5 ?2 d+ ~
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    9 c/ G* V; J& K( v4 f
11. recv(s,...);
    % L. L) f' H& L1 O
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. 
   $ N/ i. W. b/ B( n
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   # ^( d! s2 p! ?
4. 
   ; E5 X! a' k8 l
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
   ! M6 d$ h8 k  Z9 O: S  \
8. 
   ! a. _1 k* G# |+ i1 V
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

  m% T8 K/ }( _; s6 w: g
8 _' c8 Y- S, F9 S0 a+ `( n2 h

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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   * m! d' a: n  A* Z
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   % I0 v0 U& x' V/ T8 ^: [
4. #include <string.h>
   . G) D" e2 @$ u2 l8 z" Z6 U
5. #include <unistd.h>
   1 a! v0 S! j9 P. X. T( A
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   3 D8 V2 T* c9 ?) O" W0 b
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    6 T1 k! ~/ }0 _2 M8 o% y
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    & h8 y* g# t; V2 c- _# `! m( [
15. 
    8 h, V& x5 n/ @5 w
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    ! ~* l4 m# V' U' v* _, L
19.   char msgbuffer[256];
    6 C* R7 ~4 i$ }3 w0 K2 B# t
20.    
    9 o, g' u) {; a: ~& c  g! H! i
21.   //创建套接字
    & Y* |2 ^. Z- F, R+ Q+ q
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    $ C: V* W4 \' S5 K
23.   if(sockfd>=0)
    1 ^* l# n' {6 k
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 m0 a$ r/ h% R% \, y. @6 x0 F
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;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! I' H+ f  o) {' X( ^$ |! ]2 A
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    3 }% d- O+ `5 O- j4 G$ u, Q3 \
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);
    $ F' ?; L$ d: N3 n$ T
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    7 m, B5 D. |6 Q* \% x* \- d
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
    / ?8 W% I! V7 k# J2 l
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 R- S: r) I2 G1 r& t* I: J
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    0 s* L7 [% l" D5 l* [
46.    
    , D2 R4 U- N. e* d5 b( {7 @8 L% h
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 _6 M2 I# O+ K- _
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ) C- w# h5 {" m; g
52.   }
    8 r& y0 Z. J  {1 G! E9 G0 M+ m
53. }

复制代码

) u! |3 Q6 ?5 ~( i+ [
1 X% t! ~& p% f% {1 R8 T: `

服务端：

1. #include <time.h>
   6 G* p" u0 y! M0 A0 X
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ; F7 \2 k& z  j. d  }
4. #include <string.h>
   2 i% i) {( w& D- J
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   . [/ X5 F2 t# n: D6 [( |9 q* a6 I$ M4 X
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   7 F; @* P7 ~- A2 Y; S! m& @
10. 
      `9 f* Y/ S/ x! C& C) o( I3 `
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
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;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    6 Q, C% t) {0 p. N+ `- \  s
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    2 g8 @# q" V2 C  J
21.    
    ! g! \, g; Q0 v: W
22.   //创建套接字
      {+ x) I% ]9 P8 Q/ z+ F
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    0 }" Z! I& s) P+ c( Z+ a! U7 K" Y
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    % Y) m' f3 F$ C. s* F4 R: k
26. 
    4 D! ^, Q! u4 s8 ]
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));
    5 t, ~  S' C& f
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    7 L& f7 A( F+ i; {: b4 F, [
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
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      P& D. l3 N. d2 ~# L
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ; S" L# i" h) N8 C! K1 }
37.   //开启端口监听
    $ U! B- Y2 a2 V! x0 o/ A1 F5 K) K5 B
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    5 H" ~* O* N/ j8 \( v" E, ~" u) j1 \
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    ) e% L7 Q% Y  f6 H/ F( n' N
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ! `* P! m- z- N, E) l5 b& D9 {2 s
44. 
    / P1 l9 j2 N! K: y7 a& l5 T
45.   while(1){
      z1 Y; m  x, x0 O) u  y+ e# B, ]
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ; J  D2 Z; D- i/ ^4 F7 d6 V
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    6 O6 O" T2 N5 I) E; l
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    9 i4 R" O4 `8 Q, z% u1 D6 \9 \
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
    " [$ T" `9 ]5 g2 C1 s) C
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    " R' G& o' O- M( V, {3 O
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
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    $ S& y6 J  r$ g/ Q! Z
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
    & c$ M2 E. ]9 K- U/ [
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){
    / S! K8 f- |+ n: u* p) O& \) u
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : r6 ]( Y8 S# x9 x
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    & r+ E- X: T9 ~0 X
71.           }else{
    " o; I0 l% [1 n8 L6 ?# d. P
72.              is_connected[fd]=0;
    , Z5 j9 Y# `5 x- e' \3 U
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    : L+ `, J- P1 x! ^. `
78.     }
    
79.   }
    . @+ i' ~4 d' D) M) U6 H8 p! {
80. }

复制代码

5 G$ D7 D, l3 t' a- _0 j




; U# W- a0 m) l