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）

; N9 ]0 z$ n# F7 H/ j; B3 g

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( x+ F5 D+ H

       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

1 o- D6 r3 a" 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）

8 r2 h; v$ P& }& a/ S

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）

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. 
   ' M1 _% }8 `3 w  ~# P- e
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

, z& t2 B6 s0 Z) z1 ?    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

2 B$ [, r  k7 t2 ^0 |9 \    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。

    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：
+ o' o4 X4 h0 w& R/ o( ]

: {) M. |  m0 \- b' P! G0 V

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. 
   * F0 b: x0 _5 W/ {" N# ~- A" R
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）
     f( {6 a& A6 D0 L6 O7 h3 G
4. 
   0 o0 h: J  L, O/ G- L
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。

! W4 H# X9 b. E9 \( x+ E4 R. E+ F   

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
   ; K, l8 e$ U: ^( h& p
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   9 K( f% p5 N- o( S6 x: m4 s
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   $ R3 d. L" s2 k* O
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. .....
   ' @4 c* {& C5 _$ m- s* l. Z8 @. J
3. fd_set set;
   ( I7 I4 ?1 _  u0 x7 p, A1 e
4. while(1){
   & {8 A; `) J. |7 I# O
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
     ^6 ~; s; m7 P+ x* z/ ~/ r0 C$ M
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,
   # j; [+ u, J9 ]9 b! K1 O2 v& G
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   2 [1 N' \+ O) v# F( I. y
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    " f. M" y) ?& X9 r8 m+ o. {) k) k: [: |
11. recv(s,...);
    
12. }
    1 F- M; Z" u) n9 ~  B7 C- B
13. //do something here
    4 r4 n' N( a# \5 D2 X
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。
   4 [5 |! ^* T: f. H1 D6 Q! G
2. 
   - h5 r2 h1 C  Y0 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. 
   & k# o& [4 B1 ^3 }
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
     b; [- [1 E, w0 Y3 q- h' `+ m
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ! W( d) u) w/ D
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

7 H( |- V: H: \
* J5 R3 P, n$ e5 ]4 M- s

使用select函数的过程一般是：

! A/ T' e* V1 d) \% F* o$ K  G+ Q    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。。。
- m' G; L7 |" W/ K6 D/ A- ~) E, V* X

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ' F7 [# l  Y. ^# g# f" l5 |
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   & n; d7 A# s2 v+ v( I7 U7 u
5. #include <unistd.h>
   : N& C! ^% I# {' r; ^
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   6 o: ^4 E3 j  R+ [8 Y; P- V4 e
8. #include <fcntl.h>
   + P/ U4 U; {0 m) W
9. #include <sys/stat.h>
   % Q! C8 F5 n( `7 h
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    9 N% I* Q$ t% _, `/ \: P) u. o
12. 
    # c( F( f* j! p; T  c8 a" [1 a
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ; ]3 W6 Q' Y! i3 v* q
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    6 {9 W% G2 M; m2 z7 R- r9 h0 s
17.   int sockfd;
    & K. J# J$ F( V- @1 a
18.   struct sockaddr_in addr;
    , H0 [! R; k, J. A' F0 p: L8 b
19.   char msgbuffer[256];
    6 S1 f# Z5 z. J0 Y2 U
20.    
    
21.   //创建套接字
    ; s7 z4 o2 a) \1 s! p
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ) `! I% e* y( j, i
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;
    ' a% w4 U8 O- B% q% h. g
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ) T$ H9 V8 m+ D% ~; x5 N4 y
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    : l/ I! Y; l. s2 W6 l* T6 j7 W' t
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.    
    
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);
    , F4 @) b" d" ~6 n
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    : n1 C: u6 }* d3 ]
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    : H. [2 N* ~- P$ y/ e
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
      p. H+ u! Z* r& P2 W3 [3 j
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
      G# b% F) N& K, E9 u
50.    
    6 T( b4 a# G' F' C: ]; w
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    6 m! }+ ]9 m) W2 ?: x
53. }

复制代码

( d  R2 n5 ], [' \3 E

服务端：

1. #include <time.h>
   5 q% A6 z" j+ |" j" m
2. #include <stdio.h>
   9 S5 V- t/ J+ `. Y# t) e$ s; U+ W
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ! K) T$ b8 |% D+ d6 Z
5. #include <unistd.h>
   * @1 W2 `% r( p$ t: g9 U
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
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
    
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);
    " D8 q; j6 I/ d$ J. v
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    & }5 w# _# L* W! z2 v0 _
21.    
    ' P0 S2 A7 |. D+ i
22.   //创建套接字
    2 g% I2 A. r3 ^9 I
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    + E! D) Q; Y; x
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    : q, w4 d! }+ N0 D9 N
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    0 E% J- i, b5 R* T+ G6 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
    8 B# u. a3 q) w5 D+ k
32.    
    : `! p! r9 L4 o4 I; o/ o6 H! x- x
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);
    , |' B$ l% R5 p9 ~
36. 
    & O% y9 e# {/ W8 [$ H/ C
37.   //开启端口监听
    7 J; n1 @$ t: I6 g( D/ ^$ h) j
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    ! }+ ~9 L' ?. M* P
41.   //默认所有fd没有被打开
    ! H3 u7 A0 V$ j" x: k- i5 _
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    0 H1 H) B; q& I7 K) b1 N# F
43.     is_connected[fd]=0;
    & w' v1 |: k; V: s" Q- s
44. 
    9 E9 [) n2 S' X$ G" N  G  ]
45.   while(1){
    4 S' @) X4 x. m- |0 e
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' E3 F; T% T) l
47.     FD_ZERO(&fds);
    : ]& X  M2 T5 N; ~' |' T  N* q
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
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])
    0 C4 W' W* ]/ m% M) L+ n
53.         FD_SET(fd,&fds);
      h1 y2 g( Q+ p
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;
    ; p+ C) T1 ]* g
58. 
    . _) ^0 n" c8 O3 a- g
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++){
    & `' N+ }: c. V: H3 E( h% ]) i" [8 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);
    # l' [6 {5 L, g( M  p
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
    $ o% V: _$ k+ X2 S4 ~
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
    , ]$ @' ~/ }8 L  x' p# i/ ]
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    " J' u/ {: Y: x, }9 Y* F0 B
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ( N; D  x/ t& b7 T% A
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    9 X; |4 }% ?5 }, R4 R2 k
73.              close(fd);
    3 a# ]( @  a, @- r; s0 ]8 p5 V& N- G
74.              printf("close connected\n");
    # l# _5 b! D9 S6 q, Y8 D
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    3 h8 q* o8 j" |6 |' g
79.   }
    
80. }

复制代码

$ z& E2 V: V- t" @0 M. `: O

! S3 Z/ b$ V6 \0 W  r

0 S; x! u& R* N/ n