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
$ t( _6 L# L6 z# l7 O: a

       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

6 }. H$ Y# s1 G

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）

3 S' i0 e- `0 v) U5 T! y6 m; y
( B/ J, {8 g& U+ i

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）

/ X3 f% e4 K/ U' _% U" T+ Q; P

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。

, ?+ J' I/ c' X+ C3 ?8 {) ?
7 e5 e; i% P! d6 {7 o9 }8 G

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. 
   6 d4 S7 w3 j$ b, M3 m: }
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

. P8 D& j/ Z* Q. F: m    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

+ N) z, g/ s$ z- _    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。
+ V9 s) F/ c: d4 v+ y
1 k0 M6 D: G4 @& P' _$ m, T    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) O- a3 q. u. |- O

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. 
   
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）
   % m2 E+ Q  [( O
4. 
   % Q7 E0 D5 B( P
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 ]& P3 P; f+ l4 `& E: D: J: b
- C( @  O- k1 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
   4 ^' ~5 [6 L; p9 ]
2.    
     l* h) a# Q: D+ _) G+ f7 @) _
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
   ) S2 D" g) `* Z3 h- s# Q- e* w
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;
     L, J8 \; L- b$ X- w: _* {
2. .....
     X5 ^+ y6 {0 A2 }! _8 m% z- q2 o2 y
3. fd_set set;
   5 @% ?& D$ ]3 |) S5 ~
4. while(1){
   / p) E$ M' d4 i! P1 q" p
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   8 V1 O. C, P" q- N% p  o
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
   . U- ]% Z; e) J: f0 M' K
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,
   5 |# }! N, s: \0 I8 f6 n
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
    , g/ v- R. H9 W: P0 E! Z. L: {" ^
11. recv(s,...);
    7 S+ w& p1 X) I6 d; _
12. }
    ' N1 O* T+ C3 a
13. //do something here
    ! D% y) V8 L# G5 I5 a) \8 d, X
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 J4 W5 L( [+ F5 u3 B
2. 
   2 ?) @7 s5 N+ J; V: d! z2 X
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
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   4 D  A# h5 i: V/ t
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

2 R7 l7 ?; W' E3 l- G- J4 P) Q
7 s4 J7 U; D/ p0 j. m

使用select函数的过程一般是：

, G* d8 g0 v2 |2 ~. D    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。。。
4 M. v8 r, C- m- u% S3 N5 z& Z: t

3 k$ W) _1 g9 e& X: _

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   / R  s: R# w5 _$ z$ X0 }
7. #include <netinet/in.h>
   9 z9 V( d* l! H  \9 f
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   $ t0 o0 e  S3 K# Z  Z
10. #include <sys/types.h>
    & k5 `5 q$ a" r7 H$ k; D! y
11. #include <sys/socket.h>
    ; M& |4 o! N- }! N
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. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    5 I' {% N9 p2 j' S$ L) U, J
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    7 ]- k* _, G' ]) }. P& y
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    8 T* z- L4 q' p' P6 F) n+ m0 l
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;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ' l! B4 D" f8 c" Z1 U$ {3 r
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    / ?1 S, }/ y$ ~% I+ k$ q
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    + }0 r* e2 s4 f3 g/ D
35.    
    ' w5 B2 l' g! A- K4 q
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);
    
39.   
    
40.   while(1){
    7 g3 ?# K! P/ [) b
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
    ) O9 `! ?/ N9 A8 |' Y8 I0 I
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! d1 c. `! h  L8 F( u
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    9 ^( `2 k- k2 O, {- I5 E
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " `  u2 J5 D6 H0 c3 E
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    : C7 o) l, e7 {+ ~
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ) F. J( I2 r* g8 k2 @3 u, d- t
50.    
    ) l: q, [, E) r  O* S* n: P; u( x. w
51.     usleep(500000);
    ; y% ^# ?5 t! w* H; J, }* ~: D
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   3 R) t! U; y& f- e/ ]& N# w
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   . i6 w+ y& U0 l% e
4. #include <string.h>
   2 G: N0 g: l4 e
5. #include <unistd.h>
     y% q3 N% H0 Q' o# b# {
6. #include <arpa/inet.h>
   6 A8 f. W# M) {" |1 D
7. #include <netinet/in.h>
   1 D7 F6 X0 `  W- S
8. #include <sys/types.h>
   3 m8 P# N$ c) M2 E- V
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
    
13. 
    ( h7 ~; n) M/ E
14. int main(){
    . I/ T: T+ c3 S8 J5 {. c, n/ W; d
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    9 I& a2 e: P1 G% y5 n2 F9 z
18.   char msgbuffer[256];
    2 n# M7 n% ?: X- c: w
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    . i7 _9 o, r+ V$ [& O1 d
20.   fd_set fds;
    ' H, _5 Z- c, M4 A7 P
21.    
    ( i. [7 Y( R5 b) @* P. V8 a# n
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " K" D7 e. d5 s9 T
24.   if(sockfd>=0)
    , |& l" k! p1 i4 ~1 f
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      X# }* v3 x; n  F7 l8 R' K1 }
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;
    ) O* Z" v  A: V. D2 {
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
    
32.    
    ; P: T' Q1 w5 t+ m1 L. E
33.   //将套接字于端口号绑定
    * @. n' K: a/ N3 m) N6 [' U
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    0 X3 _0 f9 d' R7 Q1 \
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    ) W* I3 M" G/ z' w; M9 i, S
36. 
    1 F" A* C$ ~: B( z
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    + A, ]" s; D' ]9 }7 b
39.     printf("begin listenning...\n");
    3 \# N& Y$ j0 o3 {3 z
40. 
    # `$ ]/ `( r& Q& r- q
41.   //默认所有fd没有被打开
    ! A( G7 U' Z  }: C
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    " R9 ]1 D, J0 i6 R( V4 g
43.     is_connected[fd]=0;
    # B1 F% ?& k; D4 V( Y: T
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    0 X2 `, |+ ~" f% f; N
47.     FD_ZERO(&fds);
    # R8 \' e! ?# O2 t& u3 Q: u: d
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    " |$ k  M, Y' W8 |
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    " ^4 A( A/ B; _2 `, b! ^
52.       if(is_connected[fd])
    1 |) R- t. b" \" E' ^
53.         FD_SET(fd,&fds);
    $ N( z7 G! E1 J3 N; C, i& E
54. 
    7 X$ O2 B+ @% C& J, ^3 k  q9 a* Z
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
      R/ W6 _$ _2 g& v9 b+ F9 \
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    " h+ b& f" U( X7 }+ j: W7 R
57.       continue;
    ! S2 f# M' ]) I" S  z5 |% v  U2 n
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)){
    1 g1 V6 Z/ S- P: @% p! N
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);
    + g4 O" k+ M" K' o
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ! |; R3 y3 Z4 C5 s: y
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));
    
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){
    5 r( A# i% t/ b; ?: g' q+ {( g
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
      y/ ~% q! j2 \  |
71.           }else{
    ) A7 x) D) \) ]" l$ u4 [
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    , z7 |4 b" f. \! f. M7 N0 c
74.              printf("close connected\n");
    4 F8 O- s- a* J: X' w
75.           }
    4 P- |  v2 i% c( n  c
76.         }
    
77.       }
    $ I7 T, Q/ s2 F( b% W$ ~( m3 s
78.     }
    ! Y1 o: ?+ Q& v5 o2 ?
79.   }
    
80. }

复制代码

0 I: i# N$ y0 Y8 G1 i
+ r; ~; F# a' _
$ b; d5 Q5 i4 y
& f! L+ @9 _3 A, @
" k& W  V4 R! h/ v
+ ?/ r7 |/ ]6 \