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

' g/ T! E) [. O9 ~2 T1 x* c

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。
7 i4 n& @$ m9 I. t& p

     "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 `: M( N! j+ d1 u) h

! U) f4 o; `2 Z; l
% }) }) Z6 v1 i" s( L8 _8 S

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

+ y5 I& m( Q3 y) y8 E
& b; X' f. v+ M: Y0 O( z7 d) i0 ~5 K

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）

! o+ m2 \3 [4 G3 h4 x

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。

, r/ o/ y- P) t

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

8 a/ K2 L* e  D    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

, ]$ L8 W  z- C( t    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。
" X3 F' H1 f3 b) ^' ^' p  ~3 o
' i7 d6 @: ]5 G# e( \/ x    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：
7 u6 g; g/ j2 J4 L0 w) b

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）
   . E3 V9 }, r& f8 E
2. 
   . o- ]6 @9 H# W
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。

* j! p% J4 ^2 n) o% S  V   
% ^% H7 \- o. r  m/ v

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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   4 M' O3 u" h' L- q' x* O
4. 
   8 `0 F5 E7 Y0 w6 U0 u; n
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ( x' ]1 i+ Q2 {2 M$ X6 _* X
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;
   
2. .....
   8 o1 T$ C  |$ u1 ^$ y" r
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   $ K3 y9 d2 L) J, A  q! L
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
   * K8 h  E( |2 a+ T
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   . K1 c6 [' b/ d1 t
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   9 T) v/ [- N+ k5 G) |
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   & e9 N3 t7 e* N' F  `+ J
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ' Y  T3 b" R4 Q( X9 r, x! e
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ! A  `% b( g* ]! K5 j5 y# o
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。
   1 r2 s- e8 ~" m2 U
2. 
   ! H* f/ H4 e/ U5 }+ P
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
   + k. o  @! H7 ?0 @3 ]( W5 b' r
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   8 d, Q. H* h6 L( D8 T; s6 B. a
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

  i/ ?" c- T& s/ d% u. p

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>
   # P. o/ u* O) C! h; S; A
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ; [" u9 j6 P& ?/ w0 c: q! Z# \! n; K
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   3 q+ l6 }' h* S
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   9 M- S1 L: q1 }$ U6 U
9. #include <sys/stat.h>
   . M% u2 I% @8 G* u/ d1 Z
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    / Z; P+ L2 Q1 ]. G7 z
12. 
    3 \2 g6 _: v& M; e0 O
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;
    & n. R9 J! u) O( r4 z0 m* Z
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    * V6 U! c. l' g' R% I, L) Z
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / n) y. A6 G. ^$ ^' ^5 h. A9 t6 Z
23.   if(sockfd>=0)
    ' ]+ T' b3 F0 N2 |
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    2 w7 D0 d' ?0 O- F+ r. }
25. 
    $ G) t/ p4 T# y8 y
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));
    7 d) h/ G9 s. m0 K
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    , b7 b$ ^. v- j5 q+ v, u
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    * L$ X$ D, \) P% L3 u2 w
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    3 q$ _* K( O- f4 C
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 G% l8 t. o$ Q3 Q' M( `' G
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    4 o! L4 Q8 z# E, j4 {) a# o
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）
    ( u" P6 Q2 J) E! p, \  M6 m( l
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    6 I4 [# J9 K6 C- J
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    - J! S: D: A2 F7 f4 K
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; f8 L/ R5 [* ?* d3 s! k0 \) z
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 f7 g& X; Z' g
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    % L& \8 D) Q0 ^6 _9 V% b' h
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   - q% q# z! j" `: k$ A
2. #include <stdio.h>
   % b) o" [3 q# l0 C% D
3. #include <stdlib.h>
   3 |4 C/ v2 U+ C! t$ W
4. #include <string.h>
   6 x/ z9 C5 |1 Y: R/ i
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ( A7 [1 t" Z, Y" X; T
7. #include <netinet/in.h>
   + g. ~8 R! r% L5 }3 S% \
8. #include <sys/types.h>
   6 l. a+ H/ E( u9 m1 I5 l
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
      K4 S3 c0 ?4 \7 e+ `! N
13. 
    4 s/ h) e5 u# [* a6 Y  X
14. int main(){
    0 m0 L5 b6 _% J4 H" E! I8 s+ h2 b
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    / S0 ?5 S: x. h" y1 A
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    + d' H* R# {2 Q- N) |: ~
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    8 B, D. o# b: F; a* A
20.   fd_set fds;
    5 K" k6 L  T3 O, k3 H$ X
21.    
    
22.   //创建套接字
    $ J7 `3 O/ H7 z' e
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    + x2 K  d4 w) A0 T
26. 
    & r" D+ {: Z9 s+ D% w
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));
    2 ^7 h/ h. O6 Q* @
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ) e* N) X& N& g9 v
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    & e' R$ g8 B0 X+ Z
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.    
    " L4 Y* m- {" s2 M9 z
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);
    1 e$ w9 ?' S: Y8 }% U
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    8 q) I4 i# v+ |  D- ^* @8 t3 W
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & V: V# x7 v. e) t0 h. y4 w
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    9 \, G8 E8 v6 x4 f4 s
47.     FD_ZERO(&fds);
    4 {: N% k2 D% _) w" y
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    $ K4 T% L0 I7 }/ s  C
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    " a& z) O/ A& }: {$ H
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    ; U, N) D; `( L6 L
53.         FD_SET(fd,&fds);
    % [# N8 z( _: p+ W* j1 S
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))
    ' p% R0 t1 `" h0 ]/ ]  N
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    . c) P( u  V' l/ q% K. A
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    4 c- i* }' t, _- h' ?2 Q; ?) B
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
    1 \7 E4 o: O+ E' t: x, g3 \
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
    9 Y. ^' u+ ~) {0 s5 Y  j3 \0 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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ' K+ d! ?6 d- P+ t7 H
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    4 a' w* A8 a- N& z6 u
71.           }else{
    2 O) b; n* y! ~6 ^% f0 D4 _
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    5 s  i: L7 H5 U) J$ k
74.              printf("close connected\n");
    6 P8 d5 H: ?, I- }
75.           }
    
76.         }
    - \, q% m7 M$ x7 j
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

+ c/ Q1 o8 t9 w+ [

% C) U2 A' \- l8 T9 s
* o- Q6 J4 D  Y8 Y