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

/ C* I8 Y. [# H' ]: C! v

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。
' S9 D  ]( k' y  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）
; C7 d. ~5 V4 h' m8 D, S; P

+ ]! Y# b7 }3 ]/ X! ^
/ l1 S8 M- f4 a7 L

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
" q* S* R9 H5 \# ?0 t4 [& E

       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）

' r, }9 e  m! X( T% e9 ~; k& K" k
: D% c* w7 ^0 \& k, b. r& ^

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。

9 a; n& v" [. @. P6 E% A

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. 
   $ Z3 c1 X- z, v
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

    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。

. X1 u! Y+ i$ W" D, x; i: H$ H    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)

4 T" r6 t, t  u, t    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。

4 R6 w4 j# k5 m. _( H    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：

/ y' q0 ?; `+ O& H5 \

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. 
   2 @3 D, F; ^' y* u/ I
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）
   5 Y7 A, b# X# y4 c4 n. r
4. 
   % b$ [( U, j' B
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。

5 B) H5 n' @2 g   

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.    
   % l4 O# u0 }, m
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   0 A# {1 o. Z& }8 B! `4 D' C6 ?
4. 
   
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;
   ; @# r+ P6 C! Q. e& ~
2. .....
   
3. fd_set set;
   : A/ u/ w  o; v- H6 P1 M5 h2 `0 p
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
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
   # A+ `8 B- H" h( h$ S7 n3 r1 E/ P
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    * ~7 S3 h; W; `& u
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。
   
2. 
     r% Z% }/ u+ S2 n/ \9 u
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   $ T6 _6 t: A; S7 l3 E0 O
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   " G0 S3 P) S+ E+ e* t8 |# x% W4 w0 B
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   % Z! g- k2 }9 H
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

/ G) r, R4 Z; M+ h# C

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。。。
. P. b2 E" b0 h1 d) I5 _) @

客户端：

1. #include <time.h>
   / \* l/ {9 e# _3 g8 F
2. #include <stdio.h>
   6 d& \: d+ D" v+ M# ~
3. #include <stdlib.h>
   $ N/ ]1 H5 r0 T
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   7 V+ |+ @- v, G2 Q
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ) i) F' R7 G) S6 V+ t* @8 q
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ( P( c. t( {* o# l! V1 u6 a1 O
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    + n1 S4 j3 A- o: I6 N, b
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    5 i1 T, i4 a" Y
20.    
    + @. O& h# A; i1 V- Z2 d4 h
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! v2 g2 ]0 r: w! I; i" I0 Q  a
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    3 n( s5 w# h2 t
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;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
      q' w* r. `- t2 `8 \2 ?9 u5 I& t
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    - ^" E% v1 [/ ~' D( d
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ( I9 b) y% L9 ^0 o6 |
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）
    ; \0 ~0 p8 p, A/ f+ X6 X  Y- C, w) a
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / O8 h' c8 {' X5 u/ n# a
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    5 @$ L( [6 }  r$ t/ ^
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
    0 U4 b, w8 l: K3 b8 z
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! W  I1 @8 |0 i$ `( I# r4 ~
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - d1 Y0 B/ x% a7 G; i
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    - e8 S. P# K5 \, B
45.       perror("ERROR");
    ) W2 W$ m8 x; W( s) w; a% r/ _
46.    
    ) i8 `4 n, S7 C- N
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # x2 D9 }( B6 u5 ?
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    8 p6 b4 z& M3 r0 J& A. {
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ( n5 w4 P7 N2 x+ r& P# j1 Q
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   $ u& U9 w; w# M
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   / H& L% v$ n9 a3 ^
8. #include <sys/types.h>
   - p% T' {) K" g3 @* `
9. #include <sys/socket.h>
   / @+ G  r: C0 u4 D; \* P
10. 
    7 O' }* @- N0 J$ k
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];
    ! ~6 F) I+ R* ?8 r* P
16.   struct sockaddr_in addr;
    & \, v- T& A: e( H
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ; k0 @& D" J7 w5 M! o
20.   fd_set fds;
    ; L3 j/ r& D" T) p
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * E8 W6 p) X' w) H0 o7 W
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    " w" I/ ~0 }' |
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    / t1 \5 b  }5 ]* O  ~* j, h
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ; F5 S2 L2 `* R( s+ l" o
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    : @' M" r; U1 w9 T) d8 V1 Y
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
    2 o$ t3 C' u; ]4 `& c( l0 w
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 c6 v  |$ u0 ^! |& o+ O5 ^
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    - B! s8 x$ E9 n. ^
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    0 g6 Y2 |3 C7 `- `* p+ t
43.     is_connected[fd]=0;
    - M4 n2 h. B5 v' J5 @) J) |
44. 
    . J# S) G( C0 g9 m* }# s* v, b* M6 O
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , x8 _! ~4 A; R
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    5 [. M# f7 V' z1 O* S! m
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    % X0 a0 J& @1 U% Z9 J( @! U" G
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    , R: H# a& G1 S, r4 t
52.       if(is_connected[fd])
    2 g! K5 [+ d! ~4 [3 X& c
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 P$ u: `# D# D/ n  T
54. 
    # z0 G% E$ W, q1 r2 j0 y* [
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
    , Q2 e9 l  H: b7 O4 V
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    - g9 D+ C" n/ d& N: ~' I
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++){
    
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
    / Z% `6 l  z0 n4 \( H
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
    & `+ v: [; t8 Y4 [! }
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    ) h8 J! r! W  t, B0 G2 c. x$ P+ t
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));
    # h) J/ o4 x3 v8 e  z. a( R
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    3 d/ `; P! i5 }: X9 E& n9 l# |. i: `9 W
73.              close(fd);
    , L6 ]. N' z1 _3 T2 B2 r4 U* u
74.              printf("close connected\n");
    ) T8 J" `3 U% W1 B
75.           }
    ; n- b2 ~. n% o& E) J" c* G. f: Q
76.         }
    ( s0 p0 U& @( o' K, I
77.       }
    7 P$ h+ n! S, r1 {
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

* Z! a( i* j* H! ?
6 q. R$ W. g: i/ Z

6 _/ o* |: ]3 |$ w