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）
/ z1 v& ~9 y9 }

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
, Y, K, i/ H( m( `

       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

. W  ~+ ?2 I: U: X

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）

# h; m+ A$ R. T6 `6 O' F

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）

9 t1 E# A* I1 @% t3 u0 R6 F
* U# [$ T) O: F% w2 _, R

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。

+ ]; e: @8 y$ e. n8 Z
. r1 V' n0 }) r# r; i) i5 w

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>
   ! Y; Q8 c* P7 G0 L* m7 {
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

8 e3 E/ v, V, c: ]7 A' ]    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。

5 Y3 A- W6 G+ J    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)

6 D: {- w; E2 e  }2 O/ 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。
3 [; Y9 u6 L5 h. g9 C, ]2 S
    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：
. x: B: g0 _% n6 G7 D# t

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. 
   1 c6 j- B9 s% A! R9 `
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. 
   & g. I( E" a1 M" D/ U
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。
" T5 G& }0 {4 r
   

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
   ' o7 e3 l6 |8 r
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   9 G0 Y% j; g; a0 d$ b( G
4. 
   : s& m& p: C; M: ?
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;
   / q) ]4 z6 V) J( C7 n( b9 E
2. .....
   
3. fd_set set;
   4 `' ~. j- N% w; [' W7 H" {5 v4 M
4. while(1){
   4 N) k! v0 L1 \
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ) G5 q8 X" t* ^* P; c) ?
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
   : T/ w7 U! a7 z' w/ U/ q! o
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,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   : V# H( G0 t' x% P9 k3 [+ E
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    5 }+ x% G: c. r. s. E! u0 D- O$ Y
12. }
    ! ?# w8 r- A7 \' U
13. //do something here
    7 I; C! O- J1 o6 N
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。
   % x  l4 U5 p6 j1 c8 t7 W' N6 g
2. 
   ; P2 q7 Y7 i. _5 \$ k6 z! [" f
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& b; q0 g4 l, z, y+ d
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   ; |- Q" W( x% P3 ?( G
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   ; A% Y& i" l" Z2 c( ^3 @1 M1 _
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：

: N" p5 r5 r3 i7 v! |& N    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>
   ; J7 _* z7 ^+ q
3. #include <stdlib.h>
     n4 Q* H+ X' w; |$ n1 [  H$ S% S
4. #include <string.h>
   1 K0 e. Q: c1 G: u
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   * m6 R+ M! Q4 v$ N4 j
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   2 z& E) v2 B- |5 ~
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
      C# N* S. ?" o
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    1 w% i8 C& s! M" i! ?/ x
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    4 m2 t" v& [( ?+ f2 E
20.    
    
21.   //创建套接字
    , y: C6 K; q! M' v4 c1 t! `" L
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    4 Y: V4 L+ ^, |, R. R
23.   if(sockfd>=0)
    - T+ {/ V+ S, F6 D4 O+ R
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
    " a2 }* |& M; _* ]
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 h6 K1 N1 C: H" M/ L0 g
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    , X% j! Z+ G/ R4 t4 t: p# e
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ; h* [0 _% }& m. d# l
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' u# a: ^6 y% p% w# f1 M1 X2 ^# Y2 G
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);
    7 `! m  n! k4 L4 \( `
39.   
    . B0 R8 u; Z& o9 j6 K% E7 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
    2 ?1 T7 L, P# y3 G
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    8 [' _4 \* _" K$ t
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    - ?  U  X3 B6 q4 ?% k1 m
50.    
    - }- e& t" U- u2 Q) k- r; o2 Y
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

, {, K& g2 _( b- P( g/ u

服务端：

1. #include <time.h>
   & c/ V" |, U- P$ n1 D
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   1 t4 t1 l# T; ^/ Q) n$ s' ]) _
5. #include <unistd.h>
   6 m! p# r' r# A% n3 u& J. v- o" Y
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   7 j( ~( C! ?3 p
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    * X8 F# e9 g; k8 T& G9 o) A& Y% K
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    - V: L+ i" e/ y/ b: q5 X
13. 
    
14. int main(){
    8 Y( c) N0 w' B" `% e4 ~
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ) x4 U+ G) t9 K" A
16.   struct sockaddr_in addr;
    - s; S: j3 d& [- M9 I
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    # }7 r  `* n; k; f/ x/ s
18.   char msgbuffer[256];
    - D: _! ^6 o5 K& Q' f7 l
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    " J5 k1 V9 O: b# @. `
21.    
    ( z& h+ Q, _6 {0 O, u+ F, Q
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);
    ' W, N% g7 z4 V  M$ O
26. 
    0 s: a- t( \7 k0 P( E
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    1 P! ?$ j! X8 M5 v4 W
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ( c. u6 c8 y- l2 Z- q" _: V
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ' k* A0 k8 Q# b( R) r+ E3 d
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
    2 t- a2 ~; j' I2 W# b: \
32.    
    0 p$ Z3 F" W9 r& V
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " Z6 `9 }+ D# d, {; G; Q6 M
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    # |: h1 S7 V6 \3 S! b1 S
36. 
    
37.   //开启端口监听
    & @3 S5 d; e; o( H) d$ ?
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    + w( {5 o0 m: b; \7 n" F
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    / H. r1 q+ s' S; r/ h5 o. v% ^, d
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    8 [) S% ~% F, {) `1 ~/ t
44. 
    
45.   while(1){
    , k' k+ j$ x6 y, b$ x
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' W: [/ I, l+ N, Q1 h6 U
47.     FD_ZERO(&fds);
    0 Z' i2 g& i6 B4 `
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    # ^" {! \0 {- O. z- v
49.      
    , L, M8 g$ k% L" }3 s4 Y" p
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    " x3 {6 `/ n1 J# I% g$ @
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    / V, I( L. V8 l4 f) S2 v: N0 l  s
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;
    : H" w; c; A$ u5 p) e3 R; Z
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++){
    " b* q/ J- b# 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
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    ; q5 I$ S7 A# o
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
    " [8 ?  B5 [) j% d
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){
    9 d8 v3 B0 _& ]& I* S
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    . L3 g& }+ j! u& M4 [! ^
71.           }else{
    : P. n' o) V/ x0 @0 `% Z5 R9 N
72.              is_connected[fd]=0;
    0 c! `9 A+ Z8 q2 P1 i2 j! p
73.              close(fd);
    # M' O0 F3 h& A% u% y
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    " u6 N; x) ]) S" m- Y& ^
76.         }
    
77.       }
    9 S4 i; Y$ R' A
78.     }
    
79.   }
    1 W% G8 r7 Y1 ?3 p0 ~( J! ]" b
80. }

复制代码

; V7 j) x: a; J" ^: u# x2 I

& b6 x  P& P( J4 J3 X7 D
) y& @( i7 e4 Q# r0 c  K
, E9 A$ q5 j- x4 ^& p" m, `