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

0 X6 D+ a: h: L/ m5 ~/ 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。
) R# l% w2 T" T6 j! ?

     "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）

, G: F2 ^9 @5 t  K' G

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
  h/ {- d% `# X4 k, u* ]+ C7 t

       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）

+ q0 M0 H2 u1 c5 }

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）

& C  w! e6 F3 ~# J  _7 b8 o5 N
- }7 a6 U- E8 z* N

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。

: N2 U. d* F. d8 f+ z

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. 
   
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

$ V* F* U* `; ?+ V1 H8 Q0 ^% s, `    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)

/ G, A$ y, H6 N8 {    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。

6 M9 v$ q( d% C. ~) _% }    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：
  b0 K, H5 a' l" B. X3 b- p

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 p3 i0 N% ?) {  i! w
2. 
   7 o* m7 k% D, Q3 O4 }- q
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. 
   % ~7 F  T  j0 ]  e# w" C7 j. ~
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。

   

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
   - ^+ ~9 Z# m0 ^( @: K* h
2.    
   $ ?: E; F  n0 e" \7 P: R6 z
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. 
   ! j  `4 d8 l! b! }5 X
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;
   . l0 _+ o5 w3 `: Z# D5 f1 i. U
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   - k+ H4 n/ \, n) 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,
     x1 @6 @% x& h0 w$ K, [
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   4 H; A+ [6 f7 \1 z+ H5 Z( H: l
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,...);
    - Z9 Z" f/ i* i% x: g$ f7 U2 D
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。
   % {& @! v2 {/ D9 t; A' ]
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   $ k, u& ]2 Q. q6 _% |9 l, B
4. 
   - c/ S  i: g1 W6 @
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   # g0 n$ E8 g; `; I  r
6. 
   ; @' u9 f, E2 p
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

/ c1 A, |5 q: V; J/ x

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>
   
3. #include <stdlib.h>
   5 ?& s/ A/ r" w
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ) n: l) \7 T1 x6 o6 ~! q  D
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   ! U- [# R) r* e5 G; B' o
9. #include <sys/stat.h>
   . |/ U1 L4 ~* K3 t) {; t$ Q) N6 b
10. #include <sys/types.h>
    , h: }$ o" R+ x
11. #include <sys/socket.h>
    & c0 @3 q9 e% U; ~$ F
12. 
    ' V' s; b0 Q+ s- s! l7 K
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    " B* e  `2 T. q( }0 Q% Q" k# L
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    / m8 ?* P( E, g, I0 y3 @7 l7 h( J
20.    
    1 W5 {  ]) m8 L+ v# S+ ]
21.   //创建套接字
    0 {( ~; {4 y% {" H, q1 e
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    0 ]6 p' v9 Z3 S( ]- w! J% v
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    % c4 N/ H9 H* [; W% o
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    & Q* O! K! S; u$ T/ d
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    " g0 l+ \* `9 V0 A7 y4 O6 [, j
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    5 @0 X. _/ C2 `7 L3 U
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! V- E3 K' U; M* M' J# K( M2 x
31.   
    5 E) S% q6 @8 T
32.   //向服务器发送请求
    & Y/ v% k* E* N2 q
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    ! e+ j# N  e# V: E$ V4 ~: l
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）
    ' W$ M& }0 z+ C" @( ]1 E4 a! N
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
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
    ! ?6 C' _, B5 N* I) c$ N
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " R. H- K/ D0 [* t1 |
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    6 s' {- C3 e* r
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ {. K6 p6 L. Y2 O4 ?! ~# }
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ( R9 F5 w3 j) P
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ' |3 P7 g/ ]+ I8 X# o. Z! Z8 K
50.    
    ) D) U7 w: |, V; L6 D
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

4 F( p5 p, m- b) {% u

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   % m; L6 u+ Q) x  t8 J: U9 ~2 O; X
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! _  x: V+ @$ P! y* R
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    . \6 }; k9 H2 S: w+ Z
13. 
    
14. int main(){
    5 y* h2 k, f8 X# ^
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    - l3 e( M) c$ m3 c& M7 m
16.   struct sockaddr_in addr;
    % I0 {. o2 r3 H) e( y& L# Z
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    3 ?  V" V. q' Y  ?8 a* F; ?7 J( ]
18.   char msgbuffer[256];
    # V: X5 }) A' t  I; R
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    7 W9 v6 ^' D; ]  V
20.   fd_set fds;
    
21.    
    * a+ |7 C, R# L2 k! q' V5 J
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ) r/ _  C* t4 S6 ]* M: }! [
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    5 t* {3 w  k) e+ l/ I
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));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    7 W4 X& l5 N0 y; H4 ~9 I" k
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 W; f2 V- ]: z8 x4 c
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
    ) w2 v, Y; B6 I6 h6 w; X" w
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    * T6 r* H- g; k7 F, Q. z
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    - P9 S; L# j# H& u: y
39.     printf("begin listenning...\n");
    ( H! ?0 A! R1 N6 u* X/ n0 ?& A8 P* K
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    ( h3 T/ t7 i' H+ ?7 h, d4 `* y
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    5 R" t( T3 R- c' s2 \
44. 
    ! q1 [' N0 _. ^8 {' Q7 i; s
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    / l2 P- }2 b3 ]) t$ k+ q# f1 x  U! h% z
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    ( U5 E, K# N3 J  }/ g$ d, Q
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    0 ?* i; S, U& f4 C
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    1 ]/ W' ]7 i& N3 b2 \
52.       if(is_connected[fd])
    7 L2 V8 |! ?& C
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    $ p4 S4 ~) U# Z6 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
    # |/ d( B+ a. S9 y" K% h2 G( s, K1 u, O
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    - E, Q6 i; V5 e" y9 m3 f* G
57.       continue;
    , V' {( H+ i* D) _# q
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++){
    + r9 x( l$ U" a
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    . Q9 z* h+ B( Y, ^
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    ' L2 K& N% G; H4 c. k  w3 Y5 d
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
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    2 Z4 ^6 j( L# d' M) V
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){
    ' Q5 E) T5 i0 @) W1 C$ f0 C$ \; O
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 Q* c, o! }" O. L- u( A
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    4 [! }2 ^* m7 C+ `. P' a3 L
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    : u/ h- w+ e8 e: N
73.              close(fd);
    5 @" l' ^3 x9 w. W5 ]/ [8 S* b8 m6 L
74.              printf("close connected\n");
    . B, E# R4 J0 k: j
75.           }
    * a) L; h# C$ C
76.         }
    7 l1 O9 Q, e" F) u1 e: P% }
77.       }
    1 k- O5 {% X6 T
78.     }
    + y* x! z. y2 i) U. p: h
79.   }
    
80. }

复制代码

7 M$ \, u" [4 g5 i

  Q# o! U4 e' |6 h; i/ I, q
9 n9 ~3 w! d* u! i6 B* N$ s