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。

     "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）

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

  _8 e4 U7 d( J8 \

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）

" I  n$ S7 |" J: F1 s9 p, y

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 w" f9 k! S8 R4 r& z9 `

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>
   & t. b, X0 D' X6 ^6 u
2. 
   8 Z( R, M! b& ~" x6 ~$ C
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。

( z% @% M* b4 v) d4 `    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)

; J& D- E+ N- X* q    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 C, X4 y# i* K. p* M    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：

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. 
   4 N+ S/ \! f# z
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. 
   ! O7 X+ B: ?, C
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 P9 k8 O& ]. [7 U3 t
* p# |: ~. `, h1 d   
6 o3 `6 a. }" n* p

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
   ; d5 m2 M5 M$ X. r/ x* b
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
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;
   3 m( k' S4 s1 F
2. .....
   
3. fd_set set;
   9 x9 V( X8 f, M! j; L- E
4. while(1){
   # z8 h% w. |; F8 v* n& l
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   1 p7 S! }8 `. `  b8 e) P3 I
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,
   : H# H; K2 ]( H( \6 n4 k
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. }
    - S) a4 d+ _1 }, C% z+ f  Z2 \0 q
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。
   3 `& j+ v; }  U) D/ S) C
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   " p8 V+ @, H9 m/ N4 F% I- i
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ! n  w+ d, f9 D" z: w% Z$ {
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   " L# I) L& q& t
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

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。。。
* X1 t5 t9 C1 m6 [

客户端：

1. #include <time.h>
   7 q  x# t# d7 s! P
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   7 z4 Z% ^1 w0 P0 G: n% @0 l: x6 `
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ' Z" J$ R; N6 `3 O* u2 m* W" I
6. #include <arpa/inet.h>
   1 j& A& u4 V& K
7. #include <netinet/in.h>
   & s( ]) n" T% D. Z* ~6 n8 U# r  W" M
8. #include <fcntl.h>
   * K( a, O7 k  P! L- B
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    2 R6 O, n0 Y+ T+ a9 W
11. #include <sys/socket.h>
    . \6 c' Z, H' u- V5 O
12. 
    " d8 k8 o% `/ f3 N# F- y% m- V
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    7 B! ^. Z/ l1 x
15. 
    
16. int main(){
      e  W- f1 h& a6 V* i% H3 K9 A8 z
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
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));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 g& M& [$ \% k
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
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)
    1 ]% b2 c6 n$ Y, b$ G; [% s) C. d/ D9 k
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    ; g" A: ?9 `, G# N; t3 N1 L
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);
    6 S  r. l  Y. s: _% d" O" ]
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    , R+ }) w- C/ ~9 D$ x: F1 B2 H
40.   while(1){
    8 J( m* l$ o6 z
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));
    ! M0 Q" |  P7 b% v% k
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    $ S" q  Y4 ]: h. c" t$ z5 T# N) C
46.    
    / _' x7 t& e# r3 C8 A& N
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : }) `! ?4 s8 }8 @' F! E
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    . \( d# B9 d  p( v
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    7 e# |) q5 e) ]5 U2 y, T: O# t- A
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   # B+ g) a6 l) q! z6 `# j
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   2 S3 {$ x5 e" c" O
5. #include <unistd.h>
   8 w' d9 R* [/ s1 Z: b5 m
6. #include <arpa/inet.h>
   . Y* Y4 i3 z7 w
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   $ c6 h; }) ?! m/ _1 k
9. #include <sys/socket.h>
   & s2 }1 u  a6 d6 J  j) B
10. 
    . A# x5 Q1 |7 T- I( F
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    1 {! L: V4 o% d& c/ v. S$ @: j& b
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
      {; w0 _6 p6 M
16.   struct sockaddr_in addr;
    6 W, S; T+ S8 ^5 d6 H% o, b9 A( n4 X
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    2 o$ y2 p) |) n- N. B/ L4 e3 P3 _
21.    
    + O" ^: E! E* l+ O& P
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ; i8 V) B1 g. t# D, Z- S7 ?
26. 
    
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));
    1 t$ y  d6 W/ x  }  L
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    1 v; ]/ p7 n* y" q/ @) }
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ; g4 k4 }: ^, P1 R
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
    3 ]( x# Y) P, |! J
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    9 E, ^& d5 `( v. }- h$ _5 i
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , P. ?1 a/ |9 I
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    8 d: O& i8 @* n1 H
36. 
    , }0 g0 C6 J2 |6 ~2 f7 y/ @
37.   //开启端口监听
    ) K. B  Z, i0 j
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    / H3 ]2 p0 ]/ ]6 k& ~* E
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . n4 a* a& h. `! v
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    # z  t" n: G: V" l# O" M. J' m
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    % U: L; k) j& t% j
49.      
    9 y9 }) y9 X" d% n) W$ E- \" H5 }
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ! |: X4 x) U8 C
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
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;
    
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
    0 m6 r2 M1 Q& {/ ^; _
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    & ~5 g% v& v# `
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
    0 ?$ j% T- s$ U- w
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    . w0 `# |% \" r3 O) y  ^+ M
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 O0 P4 K! n) K$ Z
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    2 g& R" V3 z' E* e9 w! p
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    5 E! v+ U& K0 j
76.         }
    # ^, O& P" T) o. o. P- ^
77.       }
    9 l" c: E- ^9 `. d8 Y3 I4 F! |
78.     }
    / x- S: z  L* Z% `
79.   }
    
80. }

复制代码

3 Z  L* M# x6 u6 Z) |# p
1 i( S3 N& N2 g& Z5 c5 A4 ]( o2 ^+ K