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）
- E+ K2 w/ ?  V! ~+ l$ ~

% `. ~% s6 c8 o" v% X

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

- W: l! w3 f. A( B. t3 L: e$ \# S! R

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）

  k5 E: X6 [& ?5 t+ L
9 Z# N3 P; m8 `8 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。

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

9 p. j2 E7 K' U# I& t/ T    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)

3 E6 T( c7 `) q    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：

0 j# V, C1 \6 D) w; Y

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）
   
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。
: A$ A) y1 Z8 R6 S, m5 l3 o+ g$ }
2 Z8 q/ ]2 J8 L4 v" L$ L, x5 I0 w   
. }1 e8 \# q% \" M/ w1 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
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ( T6 t9 O1 [, o9 Q5 F! F' K- p
6. 
   7 A6 Y+ _  e/ z& t/ L
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. .....
   # j* b" Z, r0 Y
3. fd_set set;
   ; Y; ]4 L9 ?& B0 [0 S) n& `
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ; H; r9 g$ T- q5 d0 L# L0 z7 S6 c# B
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,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   2 T; q; T; h' N+ x, w9 h
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    . D* ~/ }% w: u5 t9 H
11. recv(s,...);
    
12. }
    ( S7 q+ Q' ?- y
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。
   . i3 ~. w  R* J4 \; R
2. 
   4 ?  A5 g- q2 l5 W
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   * C& E- ?  t. @. j
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ! t1 Y2 k3 F8 g
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

5 {6 t9 `' U) Y3 P9 c7 C+ Z0 `
5 N) {5 g& P5 Q% F

使用select函数的过程一般是：

) e6 Q' _6 l  g' b8 ?! @    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。。。
1 R. n& s# t1 r, G4 A

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 y/ H6 E8 z0 T3 E
6. #include <arpa/inet.h>
   0 ^. N6 |6 e3 ^
7. #include <netinet/in.h>
   - ^& U) X" F3 @, f3 D- L
8. #include <fcntl.h>
   % e6 d2 ^( ]. T' t/ W5 l
9. #include <sys/stat.h>
   + t" r" x& `. T" v
10. #include <sys/types.h>
    , W7 _7 P% b, T2 F/ L5 x
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    8 R( |" J% ^  P- Q( z% b; P
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    # F( J1 A" j% v& p6 y1 ~7 c  s9 p+ P
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    " F% Z7 S( g" p- ]' _$ ~$ ]
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / ~# X5 d7 d$ G
23.   if(sockfd>=0)
    & A- ^! Q5 A  K6 T4 k( E0 Z
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    * \  M  f9 J, g! M
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    9 q! u  S' n' A+ W, R
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)
    ' V5 [+ F, k, _# V6 O7 D# Y
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    # Q5 ~3 H  q' e+ f3 U' c) z) L
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);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    1 Q) [  }) p3 j! M6 r) o
39.   
    
40.   while(1){
    # m' M, T0 v! ~/ h2 e/ V7 Z4 M; I
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
    / i4 x: {* d, f2 k& {2 w5 T7 i
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % ^1 Z# k  e7 @: `$ K5 L, ], v
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( b' `5 o! a0 L( J
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    1 W9 U- U3 Q9 W+ ?& ]- C
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    $ y8 a$ I" J  @* J/ f
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

) R1 ?6 Q/ L, r" E) c2 M7 a

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   3 o' I) ]' ]$ S& q0 l9 I* H! N
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
     \8 [- U: L" v. s% @' F6 }
5. #include <unistd.h>
   9 i$ O2 @: s, C% [' R; U. P
6. #include <arpa/inet.h>
   * {) O( I4 j% y4 S' _1 N
7. #include <netinet/in.h>
   7 c: y- o% ?$ o
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    / x+ C  b/ V* y, k' y8 n
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];
    / l$ k3 z- o# d! @8 ~8 u
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    8 v+ [( W7 v" O5 k) w1 X* w0 ?
20.   fd_set fds;
    6 R( m1 _4 D) e$ _/ [5 p- |
21.    
    ! v' N1 w5 w8 h; o% D9 r' z
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ) r' {* q5 n" e2 M5 k
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    " J$ G- A: r+ s* j* N
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);
    $ Q  c/ C% D% g5 c. g4 C, G
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.    
    + X7 {: Z' T: s
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " E( c7 L% N; W7 L# h7 a3 ?+ b/ n
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    - d4 W: V! D% L2 Z8 u
37.   //开启端口监听
    " q  g2 J: R+ }$ F8 ?
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    ; f( g8 N3 u) T+ f5 T- w1 X
41.   //默认所有fd没有被打开
    + x- Z0 ?& S7 B) }3 B" M! C' c
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & l! I: R" C1 t# n$ Q
43.     is_connected[fd]=0;
    % Q* z; k8 P1 |" z9 B8 ]( [
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , r) Z9 ~- u  o: e6 m' s. A( r
47.     FD_ZERO(&fds);
    + [  I) Q2 r  d; S+ x/ R6 n8 x
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    : N/ |  b2 J( j! ~
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    + ?3 M4 u: I- q! Z; ^* L
52.       if(is_connected[fd])
    * e  `. h" x  }# M* G
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;
    & y( n/ `, M6 B4 T' @
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++){
    ( P* n; ^3 j# |" u
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
    
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
    - L9 Z2 h0 `8 [! r
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    7 Q9 }/ |, I; ^
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));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    9 f8 J* E# R2 m' t. V2 b% X4 @
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    0 j$ i! k4 T5 w9 L9 o
73.              close(fd);
    ) G, T3 q/ `" |* r# `7 d
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    6 ]. b4 W% e" _' Z
77.       }
    & I9 o4 R2 }3 S+ R7 b
78.     }
    
79.   }
    2 l0 I$ N( D5 u
80. }

复制代码

8 u. C5 O- [3 `  o; Y- N! W
; z/ P5 J9 O* T8 @9 T) w
) n% e: i1 A- W4 H$ k0 ~% J- K
2 r8 [3 X% A; s
, i& Y6 A" v9 T  t6 s( t* [
# N6 V+ r4 w/ E6 U& b' u