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

. s6 Z# ]. H: o% O0 _- U9 t) [

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。
9 [7 c6 I) R; x7 A! |

     "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）
, L+ ]7 n8 d8 \8 `  J# D

4 X/ u0 e) k2 U* J% R; P4 u7 T  Y
1 u3 |' O% z9 b( ]' ]' Z$ O* T

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
# F$ a# e$ s$ d9 X4 i

       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

( O) k; Q8 q5 s) w: Q5 y
1 c( d: ?% G- F5 o- l0 R4 b& _

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）

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。

. C  b  l, \' X0 W& j0 N$ y
7 k) ]3 x. t7 O3 m1 f/ q, G9 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. 
   / j% k- {4 h: T; _
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

- B. A: [& ]! l( t! X( y& J    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)

6 q. q; P$ I$ C    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。
; e* ^7 H. \  K$ G+ @3 |
    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：

3 _4 c2 L, q7 ]

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 X5 b, x: L9 R  M# F
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）
   + x* |% ?4 u5 L5 n, e+ U( d' m
4. 
     C% ^4 `( l0 z7 ]1 r
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。
9 Q3 P2 N  w7 _& z- c
& n' J0 @9 i. H   
5 c: ^: J1 `: P0 v8 p! Q( [

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
   + f6 V" B& H9 P) ]
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
     G; g+ c+ E5 g+ L2 d5 O. A
4. 
     B+ ~3 h' A( S$ {! `" f8 u
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ' ~; [1 Q: r& L2 f& v: K
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. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   . Y8 J$ R, r" \
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
   8 T- Q6 m8 c9 Z( `
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   * ^; X. c2 n  g4 p7 j
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   : [8 U1 J, w6 `3 R8 I( s0 U3 l
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   9 I1 P; Q( n& r$ J$ Q" w5 t
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    * A6 a1 o8 Z& a& m+ Z* Z
12. }
    
13. //do something here
    5 b& q+ V  }' W" r& I( l
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。
   . j6 `/ m& q& H
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   & D* s: f0 D- d) a7 F1 D
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   * Q9 a7 F8 g3 C# p8 t) U- Q, C
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

9 C/ Y( ^: W$ W9 Z, J
3 V4 m; x7 |+ ]# @

使用select函数的过程一般是：

  W' S; W: z5 e9 t    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。。。
) d  p* g" A8 d

客户端：

1. #include <time.h>
   # N% a! O* I0 w* V
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   0 D0 |; J8 A5 W
4. #include <string.h>
   + h3 ^# r0 }2 l/ H2 A
5. #include <unistd.h>
   & G6 i, z: a- i
6. #include <arpa/inet.h>
   ! g# m, E; d. r; H3 D/ n
7. #include <netinet/in.h>
   6 n4 M+ a4 i) S1 Z0 c, W* S7 o
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ! g4 r1 m& r& \* W
10. #include <sys/types.h>
    " I' x8 N, y, q9 M! Q& P( B" r
11. #include <sys/socket.h>
    1 f8 v/ u) v" J0 V- i, L$ p; z6 l
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    0 @( a, ~8 b; I1 F: y* r/ v$ i
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / G: r5 y9 m4 d, }/ o( o
15. 
    & Q% i6 G' G0 _( R+ {( i( D
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    4 q, T9 L: l) S. I0 g5 C
20.    
    $ ]! T3 \/ O! {: w2 P
21.   //创建套接字
    2 S7 Z1 S9 S: H+ d% P4 u
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    8 V* V# N7 ~, q  B; y
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));
    # [7 F( v, V8 g+ k7 h/ n0 B% F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ; J5 A) L6 H: W' R9 }
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    - m$ H" y+ ?  Z& D4 E
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    % d+ Z- M+ N0 N" A- [& v. \
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ( t  e8 T8 k8 W, k5 i0 x; q8 ?
34.     printf("connect successfully\n");
    : `$ S- \" |4 @5 t7 G2 C
35.    
    1 Y$ q- F; K9 r: |, `
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）
      Y' D, ]! c/ p
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    / L7 ^0 I/ [( [# m- m. O8 \
39.   
    
40.   while(1){
    2 j4 r- \+ o  [0 N6 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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 V% C; a2 P8 ]' y
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : Y  ~* S+ b: Z
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    2 o: ?8 c, v/ K/ V9 e$ A6 D- P3 Q
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    $ e3 t- p+ l  z
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ! B0 [& ~/ K! \% b
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   ! S9 x/ l9 N3 b7 ?/ K( ^1 N8 r" N
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   + r6 v" F" }$ D; b
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! \; s. K2 |- |9 N3 Z! U, A1 S- J
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    % F: @% n1 i: _. N8 E2 {- E2 N
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    : u; m( P$ y- o4 n. C, F2 B6 k1 o5 P; J
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    1 u6 Y3 F/ y2 l. I" s; C6 y
16.   struct sockaddr_in addr;
    0 p/ [- l  o8 Z' i/ s, N
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    , |9 c+ N/ j+ M2 w4 C; Y
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    0 d% Q# G; q1 `/ g
20.   fd_set fds;
    + A) x4 |' z- V$ d5 g9 Y
21.    
    3 m7 z8 |: b2 w2 E0 J( d$ T
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * B) w! q/ o; e3 I
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    $ q0 j  ?7 a/ L0 [9 g" j
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    $ i, _" p3 Y/ a# R* @1 G
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    " R! Y$ }8 u6 {) e
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ' ?1 w* ]+ X9 n6 b$ `, C/ v
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    8 o- y" t. [- K- N' Y4 Y
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
      N8 x) b# f3 Z5 ?0 D2 w
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    8 u% B) y, h8 K* `
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++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    # P3 ^0 p. `7 p5 d# C; p5 r3 h
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    # R& K/ D6 R; E
47.     FD_ZERO(&fds);
    : |+ B, U3 a8 a" \  f3 U4 J
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++)
    . o) C% [; f- H- S$ w) V
52.       if(is_connected[fd])
    % m2 u3 K- G2 R% ]
53.         FD_SET(fd,&fds);
    5 F5 D- s. q: B0 U
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
    , ^( v6 D' ^# b- _1 M
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    0 I5 J$ i# d' {$ c4 `6 ~
57.       continue;
    
58. 
    & h) W9 G- j( K6 e/ B% M; ?
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++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ) n/ [+ V1 B* U' c  {! G  T
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
    9 t! v- r& B6 x0 ^; [
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
    ) r0 H* l: w( ?3 R9 j, r; q
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
    + l& ?0 J: y* V3 O: ?
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 X3 b/ j1 a2 Y  B( n7 R9 F* Z
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    * R" L& i, U' N$ Y  W/ x8 |7 v
71.           }else{
    2 x0 P4 B5 \6 m0 j
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    0 M( g2 S- _' m6 C
76.         }
    
77.       }
    6 B6 H$ q" ~( u) M, j9 F
78.     }
    ) c5 N" ]% a$ l/ v' N& j
79.   }
    
80. }

复制代码

* x1 p5 V( ?& j/ d

" ~7 F/ v! c! z( t* p: Z