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。

     "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）

1 V( R% t) w4 N" D4 ?+ k' a% t( m5 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

: ^: d; O) h4 o, L  J

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）

- y) t) A0 u, n4 q

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）

" A9 P' _1 V, b; c3 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。

2 {* Z5 ^7 y. h& k

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

    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。
, c3 e2 p2 N, h+ V- \+ m9 h
3 s6 y9 k2 ~  r, q: ^% j    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）
   7 Q/ z( d5 H3 Q$ U$ W
4. 
   ' t  K  [3 k. O5 s
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。
( J$ K0 o7 ^' I! Z
   
8 \, n  \9 B1 r& L

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
   1 v1 N  Y, s$ m+ i' T$ m9 `% e/ ^
2.    
   ) I; h! b4 H7 c+ [5 F( z
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   ) k% u) }. Q, {2 f8 m  y: X% @
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   7 ^! T( F, s( i1 z" W0 ^  n$ Z
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;
   / i; x3 U! `; J. U
2. .....
   
3. fd_set set;
   6 g+ ^/ S/ @  I, I, |9 o
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
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   . T2 ?7 Q& y; [; D/ D  [  P! ^
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    / W1 U: K- T3 q: D
11. recv(s,...);
    
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。
   * o0 |! a/ k6 S
2. 
   ' W- A/ O0 x) t8 Q/ q' [, K$ p+ N) F
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   & t: T( G1 I0 z
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
   
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

6 @# `) g4 B. M7 h8 x. ^( }

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。。。
3 S" c- T1 i8 E2 ^& I7 q, T0 z$ o

客户端：

1. #include <time.h>
   # M% c# M: ^+ _
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ( T  z* f' I" z: Y% \
5. #include <unistd.h>
   : E) r+ Z7 c* b% D5 A& I
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   " r" N8 {8 @9 d0 p3 A/ a
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
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(){
    
17.   int sockfd;
    " \9 Z3 R  h0 X4 ~1 Z$ |2 z# P
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    6 j8 ~: B$ s4 I: I) s4 ?" V6 a
20.    
    / v' j. y% N7 n) j  l+ b, Y6 |- s
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. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ( r0 t: X2 L  Z1 s: C  w4 f
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    5 P9 }$ T% m' C; g4 @7 N$ d9 j, p
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    % M+ q& p" |2 K) B# K3 |% Q& z' l; D
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.    
    5 m. H5 P  u# H& C. V6 o/ k
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）
    $ C" ~  o  y( }" s
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    + `% A0 Z7 U% I
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ( l% n4 d+ X0 @" y8 s4 w" P) y
39.   
    4 \" w1 A+ V, V3 M
40.   while(1){
    # f2 w, P) I$ \/ M+ Q
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
    ; [+ x5 i6 B6 x+ g
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    5 e1 E$ o: y( u/ e  s0 V4 ?
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    + c% U$ Z: C0 `! j+ s" ^: R/ W3 Q
50.    
    6 T5 T: a7 S6 \8 r7 B0 q
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    9 [' X0 t/ V/ R8 b8 ]$ W
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   6 J* i  }; e- i. j& A
2. #include <stdio.h>
   6 w* D! R% _' W$ y1 B/ l6 C8 R
3. #include <stdlib.h>
   ) U! m7 F' I9 O0 N, e
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   * v8 \6 d) }$ @
7. #include <netinet/in.h>
   2 g! f5 c5 g6 C
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   ( ~+ `% i$ A. @7 s
10. 
    * j7 s/ d8 [% G! y( Q
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    * A; j$ K5 b$ `  P; E# @0 A* l
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    & n8 h4 j- C* d8 M' j, J' u
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    0 e$ ~" c! l- I6 U  \6 F7 I: q
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    ! V# {# N/ v% x8 c5 L
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    9 [) D" R7 ?* h4 m7 Z. ]' G
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    % v% n3 J( d( N+ ?/ ~
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));
    
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
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    - p) P4 r7 E1 M# ?; `
36. 
    : I. P1 s, s) p. T/ I3 S' W
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ( _- _) _, w, X! j  |/ q  N
43.     is_connected[fd]=0;
    : p- r! D- v0 N8 Y4 L. J5 ]5 p
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    3 h8 q# ^5 X' q7 F
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    3 a* A( b4 C, `* j0 ~! n$ R
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ; {: m& J  f% p6 S$ i
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    3 |8 m: E" J$ N6 J! A
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    0 p7 G+ f/ Z& U$ X
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
    ) U2 S3 g# D% z' Q7 N
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    $ d( w) ?8 z8 n4 T  i0 m: M4 \
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 n; T6 n( r- `  Z* Z3 X" p
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    9 ^" h- d% q- c( ~& D
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    - w" k' d- v1 _6 Y6 D) f! b% g. p
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 Y. R: X% j& ], L" ~6 u1 G
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    $ c4 t/ r1 t  g" V
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));
    ! Q4 p+ E5 A! M$ ^
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ( A; v$ `$ ]* R
71.           }else{
    + Z! p1 t7 a: {9 b, }
72.              is_connected[fd]=0;
    8 P4 \* X2 ?0 ]& T5 s% Y0 B% x
73.              close(fd);
    0 U0 W4 b8 ^2 S) M9 L6 N
74.              printf("close connected\n");
    7 Y1 ]8 f  C9 @
75.           }
    
76.         }
    + l& N! K8 f8 i4 {3 s
77.       }
    " s: c5 t$ B3 u, {' |0 D& V
78.     }
    0 `% @$ f- H4 A6 S( ^$ D
79.   }
    ( ]# G( B$ k7 e$ `/ w
80. }

复制代码

$ C, H! Q7 R" w2 \& Y0 c1 }



5 h* ?* r( v- ^; }