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

2 C0 u3 p6 k" J# F' q

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）

* K8 C1 x3 U% ^
7 l4 \4 H/ `' u9 K# H/ i3 u3 p

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

; O0 q0 h; u+ o5 I1 N' @

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）

! b, a3 l1 J1 H  C7 ]  n

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）

3 s. b) o0 M: v; C2 F( y
1 Z  w% D; w. v
" [6 z1 p6 E2 i( h% D: d

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。

( l( L% a2 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>
   / z8 g/ E4 c3 C" m
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

* V4 e1 a# f. l7 }! d0 D1 B    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

/ `. ]: M9 Q4 W1 Q: d* }7 E, j' b$ K    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。
% Y5 z6 W, G8 j* D8 i
    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：
; L( Z) u7 x) g2 h

  K  ?- |1 W2 O, l' ]) 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. 
   9 I9 c2 l$ \4 X: `
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）
   1 G' d& B- {0 T! R4 C' i5 X
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。

* b/ Z& S4 F0 C' w5 V   

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.    
   $ C$ U2 D8 |  X- m
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ( H* c+ D1 y# v  b/ t$ p* v
4. 
   , g( n7 V' x( a6 v* ^! a' N8 {
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ! S9 `/ f6 A" E# e: {
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;
   ' m7 Y- z4 ]% j% J/ x$ P* Y2 F
2. .....
   
3. fd_set set;
   
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
   + c, S# c) p% v$ A' T  A
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    5 Y+ O7 ~* {  y, ?( C: v  J, l
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。
   : ?9 K4 }4 H1 h. u- k
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   5 f! T$ q& A( I  n! r4 U( K  j
4. 
   1 A2 F. f2 \6 A; E- z8 k7 T
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   * O5 t2 U$ I/ o* N$ P
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   * V0 M* u' p; I: k
8. 
   ! z) M$ T. C2 z; ^
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

5 S4 N4 G! w) ^5 q1 r7 J- i" G/ O

使用select函数的过程一般是：

  f$ E; {# T3 `) d1 f5 Y    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。。。
8 G( c* s: a/ Y4 `

" b8 h3 P$ l/ i. H2 \' M) e9 O; e* E

客户端：

1. #include <time.h>
   / R( J9 H2 K% h9 p; N
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   3 F) V% I" t  y
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   8 J# x$ d2 K& U" ^
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   . k1 B4 j) Y8 i- h0 T
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    0 V8 x: q3 E2 r. W5 B
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    1 }- i+ v" `3 u+ W4 @( y/ _) a5 ]
16. int main(){
    & C9 G- K3 }6 @; _6 T
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    , t5 @8 U  ~" _; Q, J  z  U4 a
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ' w1 x1 M  g4 i/ K% m/ x
23.   if(sockfd>=0)
    * c% }4 `2 R# z2 N/ T
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
    . x! k+ \( d9 N. z/ Y
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    , m2 d" A- G2 x% R' r2 p9 G
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " T: N7 ?1 K; I+ g: M
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    4 d' Y# h( p& s; a/ o
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    1 ^9 z' {- t: m* u, i1 ]
31.   
    7 l$ |1 [  y7 _4 i! M! s
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    0 E8 x; t+ L1 \' Y9 r
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 B3 h$ V( {) }  k& H
39.   
    3 t8 d1 c" S8 j2 X' Q
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
    . L' v' \' _9 _* m- E- v
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 D; M3 Y3 R' [+ I7 H
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    * \! N9 G. k2 H
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , |4 K3 @" p6 ^5 J4 r
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    " {& c4 }1 g$ w/ c) h; ]: s9 F# ?
50.    
    $ N* G4 s- u9 G9 Q% f
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ; a. \; f( d! W: i+ Y
53. }

复制代码

- r) f, D, V1 S; }: R

服务端：

1. #include <time.h>
   # Z0 F8 f' ^6 {9 x; ^0 t
2. #include <stdio.h>
   . t$ m3 N  A  F& n
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ) R$ O, U; v/ X0 O; Z) N
6. #include <arpa/inet.h>
   5 c7 b5 R7 |  [9 I" r  n$ M
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    " E) f% ~5 a9 [$ z* A5 ~, l+ [1 K
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    6 [) I1 |. \2 @3 W6 s
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    8 U3 m# _. v, ]
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    0 j) S0 e% e' L. U) f
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ( W+ B5 R* h& e3 t% N
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    8 j7 j; Y! |+ P1 Q3 c: |- S7 H
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    4 w. z& i5 j+ z+ Z/ x( }. c' ~5 {
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    : P4 F  f% X" w4 U+ _! t& I
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
    ' f- w  p6 t  _9 S6 i. P  J9 T
32.    
    + [9 v, n0 ^/ h, W4 q1 d& C
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    # t$ U" O" q! l6 R7 G
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ) d! B& b) q( e8 O' T# ?2 r6 P% E. n
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    - \2 N$ h' V. C5 k" W/ ^4 G1 m
41.   //默认所有fd没有被打开
    ; P1 ]: G* [% `5 X/ p* Y+ Z% Z3 ~7 k0 S
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    7 s2 s) E+ T" y" f
45.   while(1){
    3 x% a  F. r7 V) p2 v: y
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    - n7 ~" N/ P: b3 R3 M" @  S
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ' o5 M8 K6 Q2 D
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
    * K$ m9 |  H) L% r  A: D# o
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    ' k& B# _. s% u0 N  h2 N& e* C
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)){
    0 }* _* I9 l% X3 p8 p
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    2 k1 y2 O: C5 K& z; P+ U
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    , _" p% S& i. K0 m& x
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    , R: P& K9 \+ |4 Z; |9 _" i* B5 P7 G
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
    . K1 L/ y6 f" _
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    ) y2 C4 q- P! x5 r0 |2 T
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
      D; Y8 U* h% X$ }# P- U' z( m2 X* \
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    , o0 e; |0 V  ^% \" \, ^4 Y8 X
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " t7 Z$ \7 `, [) v6 q* b$ E
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    : G- {1 Z2 C4 O7 ?0 I/ }: @
71.           }else{
    " ~* R4 ]+ \  |: }
72.              is_connected[fd]=0;
    6 K1 t; ]% S. ]
73.              close(fd);
    ) i1 }0 R, W7 z- Y1 i
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    & ~1 E- Q0 ^: i- Q  P3 ?0 K  C7 u
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

+ H; @0 X% Y" |8 V- Y9 j  H+ {; l



3 N" P! h: z2 ]  y! M+ P