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。
0 v2 k8 [+ }& ~+ H+ |$ P1 X; o! V

     "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）

( a6 J" R. W1 I0 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

       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

; U5 L8 ^  ?1 l
- Q4 r0 F- J$ F& {2 X) ], o& d

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）

7 R6 i. t$ V# e/ i4 y# z

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）

2 V8 S+ g( W1 M. r( C& J( W  d1 D, U

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. 
   ) Y) ]/ i6 y) v0 z
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 W* o2 t1 W; r8 Q    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。

# b$ V0 N5 N" l    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。
( b0 k' d( u) x; [3 y4 p6 v
5 ?0 w# v$ F' q: b    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：
: A! A! A, L. j* z

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 G, |* u( P* k3 ~* B! ~8 e( ^
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）
   . m+ @! L; K2 h6 [- J9 ^' N
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。
5 M9 V7 ]; \' e' M
   

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. 
     ^6 s3 v& W; R
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   $ @8 o1 l/ Z$ o! A& P( p+ Y
6. 
   ' @) v' i( d. }' W  b* X" y" G
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;
   ; U1 B0 V4 }, w
2. .....
   
3. fd_set set;
   
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
   8 i$ g( m8 `& w7 E" @* n: _
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   # F! |. K( ~2 K: j! o  h
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   1 h7 O8 }7 @) M6 v+ {* k, A
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
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
    
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 F0 O' r1 X; Q2 f
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   2 W+ V6 p0 d. v" f' [$ A
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   6 Z9 S- @  s7 v) {: g. G( R
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

, J0 A& T6 X/ R9 u$ J1 N
9 `  N( _8 n0 [6 z

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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
     ?( Z3 {7 a! d5 z6 K1 b; U% `" c) b
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   4 g4 L% v8 f) D* U: S! E+ ~
5. #include <unistd.h>
   # n+ R! P8 K# {! M- E. m  m
6. #include <arpa/inet.h>
   % m; b; Z# q' M1 \. \  f
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   * ~" H% e4 i' W6 R: X
10. #include <sys/types.h>
    # X, G( G; ?9 [: R7 u. |* v
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ! [$ S- _" x# z) l
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    " J% m0 ^( ?8 |! {) w
16. int main(){
      |, H3 g1 c- `
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    - `0 G2 `- c" ^' z1 Q
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    # [$ }3 X. y! v& s) l
23.   if(sockfd>=0)
    9 L8 l7 d8 c) b; t% M* M
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    3 q' Z6 G! L: x* z
25. 
    7 B9 R, ]- \; W7 Y, B3 h; W
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    4 s# q0 \( P, m1 }* K
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 D+ N6 ?0 s0 @
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    $ S' L) @1 M3 b8 q
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! k* `: ^) T# O: `4 Z: o; ]
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    5 }" I7 L1 Q' }
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ) w' A) q$ X& y9 Z9 `' `
34.     printf("connect successfully\n");
    4 n7 {% [$ E) u+ w' p; V
35.    
    , d; C, J$ Q; v6 J
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);
    5 d- z+ B8 l2 E+ q
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));
    3 {$ s  v& D& h
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    * M2 H3 ]$ P5 U- x* N
45.       perror("ERROR");
    & O. C, ]' o# r7 R9 g: e, R- `# l
46.    
    % T7 ^7 O. J  ?3 x& m1 ]4 W
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : u5 r' O- |) @" ]4 z
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    * C  C: g( L# A4 p. J5 F* f
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    + n+ k' h( j9 h: U, {/ F3 b
50.    
    4 b/ f! C5 E4 W" O- f8 o
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ( y# k. M( o. _, A) f8 C
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   * p5 m/ W  W1 }9 g( f% a% x
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   5 q% f. b& o2 a! M4 H( A# n7 t; k. Z
5. #include <unistd.h>
   + m. \% x" j" C( Y; h
6. #include <arpa/inet.h>
   1 l0 J7 Z- r* ]) s4 a) |
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   $ j( P* E9 I/ D. G  ?' a& F
9. #include <sys/socket.h>
   ; G7 H% a' d0 Y7 y
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    : y5 L* @2 P( Z' M, }8 g
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    " Q+ T/ Z) H# ?( P: ?4 U
18.   char msgbuffer[256];
    , `0 H( J/ N( q6 M, ^1 i7 M, _
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    . N. B/ W6 T  ^! g# ]) C, _
22.   //创建套接字
    ' C0 k9 l* u3 }) G! a* i6 ~/ J
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " i6 O( S; q/ X
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
      H5 {/ w- N2 V7 q
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    * l/ T+ J- @* _# @: I( y% q
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ; i( D$ s/ d: g8 _3 P. T
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
    : M/ P5 L; d0 @# O9 J' a
32.    
    
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);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    8 }5 n  W/ D: @6 |8 c, a: J
41.   //默认所有fd没有被打开
    ( L/ \* _) i2 K* B' `# F
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 e; \+ ?( i, `5 x
43.     is_connected[fd]=0;
    - I' }) Z2 X# a4 @% h  X
44. 
    - e( @4 t$ _; w/ B2 Q% U
45.   while(1){
    $ _5 u! e" T4 O( y
46.     //将服务端套接字加入集合中
    2 z0 E. }( k# v
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    5 O' R, H( s; V+ @
49.      
    5 s9 M( d" \* F4 Y6 a
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])
    9 F6 e; C0 C( a! E
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;
    + f$ m+ ]/ ~2 i  P, H' _+ T( a" l
58. 
    9 [9 L: h2 `* {) m7 E) H
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
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    : Y" j/ N) C) B0 f# D7 t. `
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
    ; d+ I, `$ P& i+ K
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
    ; M  w4 S+ ]3 b  c- c
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    3 B3 L+ T6 C3 G$ _: \4 G
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    8 b: ]( o. ~2 o7 g
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    0 c; m7 G! Y0 H, E& j" ^
74.              printf("close connected\n");
    5 h$ O; J7 S0 U7 V5 d
75.           }
    6 E2 t( E, b' ^. x$ z! y2 \
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

( n/ s! q" L6 V/ U$ R5 j9 j/ K
/ R9 K  v. K) ?6 o$ S; q



+ m2 w$ t. x, C