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

/ t0 f5 y+ {0 S' b2 l

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。
1 G# W7 |% F  k8 \; z

     "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 c: }; k) V8 S! T& 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

       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）

  d0 B( u, L$ C! F* z! I

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）

4 U. p: U8 y4 x0 u% {
8 K$ E+ T. W8 i# d; q. e/ v' E# }; v

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。

9 ]. x) U% z7 I) ]# d
& S* S6 [. ]6 B% R; N7 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. 
   5 h5 O( K0 R- h, M% u2 V6 H2 D
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

' Y) ?3 R7 v3 \9 t9 u9 R  N    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)

% }9 R& Z* S5 K' o8 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：
/ S% Y9 U! ]9 t1 A

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. 
   . m0 d1 g# l1 f  |# D8 ]5 i$ G
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）
   6 p4 e4 }( m5 d1 j1 j
4. 
   ! p) t; n) c+ 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。
. A4 u' ~+ ^1 z6 U) v$ p% d
, z# [" C# Z+ L$ |8 |7 D% }/ {1 S   
$ v3 w  o6 R: E4 C- 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. 
   * k6 ~+ i# y, T5 R: X
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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;
   - H) m- |, V+ H. ^
2. .....
   * N" b# e4 s& }0 R, O* F% A0 n5 ^: ~
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   $ \1 K' D! U" }% G" `1 \' i& L$ V* O
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   5 O' [. `* K* e; o& o0 @# U
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,
   , ^3 W0 j* z  }7 s9 k# L
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   & W& T, e$ D& ]+ K4 ~; }
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
     p! h; l% k( S! d6 H& J" `3 j
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ; J3 p+ ?/ [9 W* f" ^# F
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ! H- X& N1 B; R; i
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。
   ! b+ k# s% z" X/ S0 D; b# f6 \
2. 
   - }1 U' K; s5 F( {1 z0 R/ ]3 i
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ) p" ]- x& x- ?" r( F6 Z
4. 
   ! y& N% \' t0 @- `" [
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   % w9 W7 ]0 n# q9 q; j) t  ]+ t9 T5 K
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   3 [9 r) |8 o; z. j  {9 }' l
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

1 q7 k* O. r( U5 F

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。。。
" f9 v  Z* K0 o0 w/ q1 U

' ?1 i2 n; Z. L- M) V0 ~: z1 E

客户端：

1. #include <time.h>
   0 K8 x) S8 M6 E* p" w5 K
2. #include <stdio.h>
   $ b9 @; m. H8 s: K6 I) \/ g
3. #include <stdlib.h>
   ! c9 ~% i* x5 Y) l4 J
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ; P" {& w* S7 V% F3 e9 f
6. #include <arpa/inet.h>
   - ^6 f2 i8 N2 u( v
7. #include <netinet/in.h>
   - T( E6 ?3 l$ d/ ~* A
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    3 L1 a( V6 Q; g. e( t3 J
11. #include <sys/socket.h>
    8 D, H1 x$ e9 g" H
12. 
    ( u( p; I. Y1 {6 ~0 W5 U4 Y* X8 R
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    7 q( ~: B1 j5 ]6 }& y2 D
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    ) i, `/ l$ r  f, \, I* J
16. int main(){
    6 C! F+ |  f+ l* J7 O2 c
17.   int sockfd;
    ) q! p* y$ ^: [+ n/ n
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    # y8 F2 |- q# z  y
20.    
    
21.   //创建套接字
    9 [: k' U! d- a1 W# a% o& E; D
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    6 X( z, ]- i7 |+ R# Z
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ! Y1 V5 Q/ |/ _, {, h$ \
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));
    " W$ u0 l. [$ H1 L5 N
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    9 q7 [1 _' U8 W# w$ U7 @
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    , c. y; W+ o) i% ~+ r8 w
31.   
    1 Q9 z' S7 I! e+ [
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    : n1 P# r' P9 x; T8 X& W
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）
    0 i. R1 S- ^/ K) Y1 F
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    2 v1 @9 f1 T8 d9 l' \9 H) }
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
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
    6 @; l6 R& l) ?0 t" _# z
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - U2 _: o1 U  n# B% j+ r( N: p' D
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    : R. q7 M2 t) Z% }: \, V
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 Q. [4 y. z9 V" \# Q7 c
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    ' ~5 i$ E) C" ^
51.     usleep(500000);
    , B1 x# I, O' Z, W/ J& @! `4 Z
52.   }
    / C: A) |5 R; ~6 T; g9 r/ I
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ( R0 R$ }, b! R0 I0 D' ^
5. #include <unistd.h>
   ' U1 `; \( Y) {' T/ Y# [
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   2 u- r9 x8 v- E+ g' t; ^+ v1 U5 v
9. #include <sys/socket.h>
   ; G$ F% E: G0 H; I9 w# u1 R: Y3 U
10. 
    ! W4 x4 A$ s; t- U; U4 w/ e- n
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    & G- n4 Y) ]- z6 W6 f/ V
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    2 e6 T: i& z! q: o
13. 
    7 d+ p6 K! D9 t' W! S  I1 I* o
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ' Z1 P) h6 s2 G
16.   struct sockaddr_in addr;
    ! B; a0 o* j1 z. L0 r; e
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    0 k4 p0 `( L& n- @
18.   char msgbuffer[256];
    . C2 K0 R% W) ^8 T2 \6 p- y
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ! d5 L0 F0 ~, |0 r! X1 I3 R. L' ~
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    $ t7 p: x" t& L8 B, o
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    % {8 _: ^1 Z5 y: w2 O  v
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.    
    " h/ y4 G( U* c3 j& H# }
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      V  m/ O* @7 B
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    9 b8 |% x6 B* p1 `
37.   //开启端口监听
    5 I7 |( Y5 j2 F; p
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    4 H' g$ s1 H( v
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    - @: E1 ?: c3 \; i6 V
46.     //将服务端套接字加入集合中
      d: q" L8 n, @% f
47.     FD_ZERO(&fds);
    7 B: O" F* k" V4 M
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    * {, @: l% W1 Y; ?0 z6 Y
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    6 S- d7 y/ ~( x
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
      E- e8 C3 M8 @/ V
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ) P- d+ g# B, a. q' I/ u$ n. v
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))
    4 E% z* {: C3 V7 X/ b! u" M
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
    3 d3 m# E- `7 |; X  U4 y
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    & v  y# H# z* R, y
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    . `% \. o* j, W9 G0 I4 {
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
    
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
    . c1 d; D, e0 T9 o, a
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ; b1 ?9 |$ q% d- s! n3 V# N
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    6 g/ {6 H, V9 x3 L1 N" a' b
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    : A& b* c( ]9 W, }) [
75.           }
    
76.         }
    : S6 _4 X' X" A7 l
77.       }
    1 E# n6 W5 k% p1 J/ L
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

' N" x$ i% b! ]) x! W5 g8 T/ l
6 Y& e3 V& A1 b- f