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）
  e/ B, E& g# Z

5 Z0 L- `7 Z5 v7 [" }+ v

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
; L% z) E* W/ J( j- G

       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

5 m4 N/ o/ h5 w+ I; q- O. d* I
2 L4 e$ I1 w; h# P: p  i) h" ~: e

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）

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）

7 y, M  F2 w! Z2 K2 B- ^, l; w

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。

) X# {: v1 d' _! Z5 j

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>
   0 Y7 i: U6 Q4 D6 c
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

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

- J- b/ I- A$ O, E    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)

# E7 \) \" a5 i    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：
! I  i) W+ Y: _! @: R

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 i! ?) g, _+ k- l7 g; [) M% `$ E7 K
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）
   0 o' T5 Q1 v- N  u  G2 }1 H
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。
" X! A' ^, i6 K) p7 \9 f
) N9 \% C! V& m' w! y   

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.    
   ; V  v  a# o  _! T3 E, O0 L
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. 
   * _. L% Y7 Y+ a1 q( Z
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;
   . D5 S( j" S+ m$ `" E/ N& \
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   8 ~% G' C4 j6 _5 V
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,
   " x+ i  ]& X6 h  D# o  k+ q" `9 u
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   # P0 f) r5 {5 v1 m
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ( t# b9 h& X% U6 _
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    : X+ H6 Z+ |& s# v$ O2 ?
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。
   # K# s! j4 A# k! a3 t* f2 n" l9 U3 Y
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. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ! }3 s0 s, y$ I8 K' ^1 a8 [2 e
6. 
   ' f$ a3 n& i' y
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

" q) `1 o! {2 _4 P' P

使用select函数的过程一般是：

3 S( L7 i8 l8 P: \) O    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>
   ' k3 s4 }5 _3 x  A3 P7 j
2. #include <stdio.h>
   5 `9 ~2 ?. z* N: q* @/ {
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   : |. |4 w6 ?# ?3 ~3 N3 a
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    % q; y0 C  _' p
12. 
    ; P" V  s' j" _) r
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
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;
    5 G( \0 m$ K- K, S4 |  [& ]
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    + O# E# b3 t& N
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    + d* p0 I( f, a  p: X9 ~
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    9 m& l: r) G$ m( 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));
    ( t# p+ p. L1 q9 K% f
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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)
    
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）
    , A: j, ?1 l/ T
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    + e+ ?  n' S& c8 [
40.   while(1){
    5 L9 R& X# Z) L' n0 z7 f
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));
    ; Y- ^4 O$ A: C" a' o! T
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    2 d/ z+ V# `) f0 M/ }! c
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    5 X6 C' ^- T4 I  O3 S
50.    
    , U2 e7 @- Q6 S( c1 N: Y4 a/ A
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

- c+ Z8 M. i5 r* @  ~: c

服务端：

1. #include <time.h>
   4 }, [2 w! {1 n1 o" ?  W
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   2 |: O# S" _# j- A9 X+ _/ Z, }
5. #include <unistd.h>
   : f5 @$ S3 P' P, k0 o
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   : e" S  x( r3 r8 H# Z& G8 Q7 {% T
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   " ^8 a, H* q0 ]
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    2 ]+ C5 E9 G+ @( J9 t
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    * g0 D& Y6 M1 U7 e7 |9 E" u
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    ! C, n: X7 j, q: {+ f
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    , \$ J, i8 {8 U  z, y% g+ b4 G( ?
21.    
    $ U6 I" v; i. D  }# c  E4 Y
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    . E0 g' j. q" l" Z  U+ k
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    ! s- }/ H; j1 P+ Q
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    . u$ V& ^  D7 N' _8 ^  w7 ~
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    6 A# ~, ^: V+ v' B* G$ I* l
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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
    " N& u- ?3 l4 `4 X! E/ q2 X
32.    
    $ j7 B* c* q1 Y' r
33.   //将套接字于端口号绑定
    3 A& I5 N" U2 a7 C/ {- g3 x
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    % K! T  C; s4 C" k4 Z
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    * r7 K5 |8 v2 R
36. 
    : G, @. ]0 U& O- f" @5 F: x+ N
37.   //开启端口监听
    $ Q' {$ t. p+ e: `4 F+ y
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    % o7 I/ k) g& V% s6 k6 }8 n
41.   //默认所有fd没有被打开
    ( `( d3 b$ U5 y4 v
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ' Z6 v4 S$ ]% {; z* ~8 h
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    ( N0 r* K( h9 ]; Q; ]) N' R" u5 U
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , R$ I7 I: g9 ^  `5 A
47.     FD_ZERO(&fds);
    . Z! u. T* f  C4 y; S
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    # l0 ~& @9 m0 p% S: c
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])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    * h: u" ?8 f" p& q3 h
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))
      H7 s* _# x4 N* h  z5 k
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)){
    * C& O) [9 Q$ g$ h8 I
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
      U  N$ z% q: p2 ]8 \
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    9 k+ O: d9 v- {$ R
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    % f0 |' l) a4 G- T1 ~. |- Z
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
    ) m& J# @1 l' c/ I
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){
    " d( O% Q7 E0 u; }
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 |; t& t; \* M
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    1 o& }- J; ]1 M2 k2 S8 f7 Z
75.           }
    
76.         }
    ' \9 s) S& q! v& J; ^
77.       }
    ! r( l2 d1 V9 A! N5 K# m
78.     }
    1 I. T: \' o: Z4 \: Y
79.   }
    ( I) H2 k5 T$ n% o4 c5 @
80. }

复制代码

4 E: I& z/ S9 r6 c0 Z# L

1 M$ n! b: u. g; S0 e/ h9 _; E' x
1 j+ S) d* x, ?1 ^5 ?' G8 {: I0 }