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

; }/ R( o0 }9 P5 n1 A) W; o

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）
# y1 t9 x% C1 U; w

; O+ t+ ~+ k+ V8 U8 ?& S2 i

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

* K3 V7 l, D( O4 l
' P& r( p, x7 Y5 S; |; G8 z3 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）

; q( ?) N* p* x2 d" f$ }) `0 ]( v

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）

) o2 O2 l1 i6 w* \2 E' C
6 Z. G1 z" p4 Z: f" m

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。

. k" H% t. k! \
, Z) H. a8 u+ P  r- y

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. 
   : c  F0 ?& l+ ?6 p' M1 T4 M7 Q
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

8 Q8 @+ D; _( ^7 i: |4 M" t    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

3 k8 P' j( a  P. ?# g    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：
0 e& C* I; U5 B# W: k

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）
   5 Q+ X! m  I! l8 ]5 @& l
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）
   
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。
8 z/ A# O7 Z4 k( N3 n  A+ T
' b6 c3 E& a, e" X   

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
   - F5 u# [- p# O5 a5 s, T2 Z
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ! f4 N6 ~7 y$ ?- E% X5 A0 r
4. 
   5 e0 J- y* _3 F5 [6 W5 Q! w
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   / L' t2 D* |4 Z! P/ C
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. .....
   7 S1 l2 b: G( a( U- o
3. fd_set set;
   % p4 @$ h( E$ A1 t5 W6 r" Y
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
   ) G# i1 _/ f' y* ^
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   0 e  Q( A7 I+ [/ g3 ~
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
   6 \0 z6 Q+ S% w  ^0 [, D
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    " _7 g4 ~0 I+ j6 K% r
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. 
   
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% v0 K* R6 j# T  M/ D
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   : ?% f# i9 m8 }, W
6. 
   $ R2 X0 n& y! z% v( A0 f  ~" R' J
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

/ ^7 ?) N/ m# P( Z: d
! w# F9 J+ H6 z) V/ ?& E

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。。。
9 T& U, d& F& g$ v+ R* Z0 w

客户端：

1. #include <time.h>
   $ q% F5 x7 z' G$ w6 f5 ?' G' [
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   7 J, `" v1 \) j2 z
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   0 e6 Z; ~0 y" Z# n+ U; y
9. #include <sys/stat.h>
   % S: K+ o8 _. O+ r+ w* R
10. #include <sys/types.h>
    * A8 h6 r! c  S' M$ E  A3 L0 r
11. #include <sys/socket.h>
    9 V& T3 }$ Z/ u
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ' \- p& I% W: n* A/ j
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    $ h) Q& v( _( z; c! i* S7 d/ I
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
      k, N& F  v; o! Z1 ?
21.   //创建套接字
    ' p- P  r: \5 T- L: S
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
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));
    . [; N( w, x* ?" Q% y
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    / s; Y; ?; r0 @# s/ ?
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
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);
    9 v" W2 s9 y* B8 v2 ~; H
39.   
    / L2 A3 R# F5 V
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
    - T; H4 }6 g# `: c) L' L
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    " n4 h$ J3 g  A
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) \$ z0 B9 ?/ a# W' C; {
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    2 m3 j% Z# }6 u* |' w+ P0 n
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    & F* S9 t! D. I! G( Q* {8 Y
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

5 Z1 I) h* n! b
, z7 }4 A4 J1 G3 ?; H$ w

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ' ~2 ^1 H& @9 k* ^( p9 q& x  n. N
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   8 K) N$ r3 p" x. L; g7 B$ O
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   % W  K# f: b4 U$ o
8. #include <sys/types.h>
   + i8 R; }- G2 O' M$ |3 O! w, `; m
9. #include <sys/socket.h>
   . k: f! W2 ~: L' v" R7 d6 v
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    . t3 @6 L1 ?4 U6 a0 S
13. 
    ( P3 _2 L; t% `. q/ V" C) ~
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    / p$ q5 I6 s* n7 b9 G, z( h# L( U/ _
21.    
    
22.   //创建套接字
    ! p! {+ W" N6 P4 [+ i
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ( `% h1 L0 ], U" c0 w% |" [8 Y( p) T
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( L6 m: w5 S; z2 |
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    - D( X% o- }7 o+ u, w% h: L7 W: d
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    & C3 c, A- O! D& f$ W1 Z
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    7 j" b6 ?- h/ m  Z
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.    
    1 d0 B' ~6 \# P$ j; G. p
33.   //将套接字于端口号绑定
    1 S, n' }- w; X/ b& N' r
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    $ n) D% }: a$ m/ M0 m
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    : J% v9 S0 L. B9 ~. {
36. 
    . y/ H3 n5 M# v8 z. w
37.   //开启端口监听
    & t2 d8 a/ |: W1 p9 ^
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    % @) ?7 b! R- k9 a$ g' e' T
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    . a0 y9 y8 H8 W8 _
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    9 V+ h, h; n! F- w7 y
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ! I8 Z, q) q. [- P% V/ x. U
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    & P7 ^( o4 q% f1 e
49.      
    6 [& d' U/ |  `  C& [+ J& l
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    - j5 v6 _2 ]6 b" k  C4 y
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    % D8 ?* y5 h  \: V" z
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    2 B9 H' Y' s8 A* E
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;
    ; I  @) x/ L2 c2 m# X
58. 
    8 w% [* i0 ]' c4 q; G+ e. L
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++){
    6 J9 g0 H" A$ e0 g: m: c; p
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
    $ a9 H! o) y# U- L* v0 R4 D
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ) v( H7 i/ K" ?% Y2 s
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));
    - V$ A; o0 j+ R1 @
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));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ; S% N3 b: @. s. m' @
75.           }
    ' A8 l7 p9 d4 `1 l! H
76.         }
    % R8 f$ P. m. Y) U3 K/ U; H% v
77.       }
    
78.     }
    " b6 j$ W5 K9 n+ g' c+ h- F
79.   }
    
80. }

复制代码

$ w! Q) [8 l% }  x- C2 F1 G
* N, O8 h# a; d. X# z  F5 C


6 m- z6 M% d. ~% ~