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

! J! f* g3 H7 ]0 m

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。
0 K  Y& e  \0 _" k

     "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）
( z, n$ Z/ e: Y" d+ S" ~

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

5 S5 p& @) ?7 G8 J

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）

  ?/ w( q7 L! K

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 `3 E* I# ]! m

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。

% e3 `: M7 h! O& |; d, _  W) t- _
4 e/ V; {, N: d, X- L

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 J/ @$ f0 L; T
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。

    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。

    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：

9 O$ _! @  E; T. l) Y! E  k; b

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）
   ! L' J5 U4 C) _/ n: R) h+ ?
2. 
   ( x8 O7 e/ `& o+ G
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. 
   
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。

   
3 ^2 I# |8 U. S- c- n5 v$ C) ?

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
   8 ]# R( a3 k) I# U+ d: v
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ) v* g$ ]4 l  ]3 n$ P1 c
4. 
   
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;
   ' M. [+ w* H( u+ l2 y
2. .....
   0 {3 o; G8 y# A  q9 v+ a& v& w; x& B
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   9 D9 ]0 O9 h+ h+ s: L! l
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,
   + O* [8 o. Q  z; S
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ) l2 @& z$ o1 P: C
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   2 Q  J+ m* a8 ^) t* @+ s
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    8 r1 c* V4 I+ Y0 U7 u: g8 L1 w
12. }
    
13. //do something here
    , U1 n4 y8 p. f' Y* }1 _
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。
   
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
   - S: w5 b5 Q* |3 w
6. 
   5 g9 v% g& X9 }! ?9 H. x
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   " c2 Y; o4 M) x
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

3 P( ^: b4 Z9 e: `) s: P
1 L3 r2 [. G8 e6 c

使用select函数的过程一般是：

+ h  \/ y; w* Q( p4 W+ b/ W    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>
   ; j! b5 j' J, V- \" s
3. #include <stdlib.h>
   , E1 p- A5 C+ r& G+ W
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   # c' w2 ]* W9 E0 J; O
8. #include <fcntl.h>
   ; N8 Q* P5 p: V
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    + t0 ?) o3 n7 v% v3 L' |2 _( j
11. #include <sys/socket.h>
    $ o" Y% G( F) m
12. 
    . `7 E& D( T5 h# [
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    # a; _9 g& [+ ?( P
16. int main(){
    4 s$ K. Y2 R  _% T, ?1 |8 }1 w0 W' h& i
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    9 B6 Q$ F) [( ^  q8 O
19.   char msgbuffer[256];
    ) ?0 a; B2 V  Z. b- P! F: u8 H
20.    
    
21.   //创建套接字
    . x+ _6 M, N/ k: k& k2 a" |
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    9 v3 h( R9 ?% k2 M
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    3 \( Z: k/ \# l: h3 Y) Z: X5 j
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;
    & M6 D/ `7 n9 i: H
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    ' i$ W9 c3 E6 e3 F, R
32.   //向服务器发送请求
    + S5 N7 N2 |# V3 ?4 k9 J$ ~! m# W
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ; l3 o+ b5 i$ @. g
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ) ?7 n7 Y, O5 E6 J1 C5 B' ?4 t
39.   
    
40.   while(1){
      q6 S1 a- ^0 ]. K+ C8 |. X
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- l7 f/ p7 c- _+ v5 |; c/ w( q
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 j( ?1 T5 G; }* `; b' G3 d
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 b0 s. n* ~7 D7 s/ }
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    # |! J5 {( h. u! @+ p5 H& M
50.    
    8 H* k( ^3 A5 v; F' [- g
51.     usleep(500000);
    - p. \. H, ?7 a: Q. n. @
52.   }
    $ N, s4 a: R. M, F, ]3 u
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   / L5 ~# E7 {4 ^$ {7 d
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   + W% Y/ [6 H0 y, k7 X& f
4. #include <string.h>
   2 n: b6 E$ ~5 e4 Y% M4 U3 `
5. #include <unistd.h>
   " s" K  ~0 M) i: I
6. #include <arpa/inet.h>
   " g! i+ e/ m; |4 L8 Z  y" [
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   7 K# H. r8 o: Q2 p
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ' _* ?  r2 G# g
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    , o0 |; U$ _$ U9 i3 L5 n
14. int main(){
    : m  f4 Q2 N8 s6 P; N
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    # m0 L9 P+ B( X1 T% Q. W
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    " {. v3 A: H* t
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    9 B; r+ ?3 t  [. Z2 Q' j8 y3 l. |
20.   fd_set fds;
    " m" S/ l8 ]: S; o# |- G7 L- L
21.    
    
22.   //创建套接字
    - v" o" l" D! B1 G: I; s
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / d- b% k1 M6 z% n1 c
24.   if(sockfd>=0)
    7 W; S5 \8 T1 N# [& `
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    : r5 q% h" O, f* z) [
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));
    8 _& v& l) f# E) y7 \
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    . Y& a1 L; Z6 Q6 Z! W2 a6 G+ C* F3 K
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
    % D9 `* `& G3 s# T3 W0 c
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ; l# \; J8 J( S3 E+ a1 _! K( ]
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    5 f1 o! M* q4 r" _3 k& N' F5 \
36. 
    , _  t, P9 L7 g
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    & a' \% V& |, @1 v; c8 U: `
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    6 y8 g0 }. K( f$ h. c. `8 N
41.   //默认所有fd没有被打开
    : w2 j6 }3 n' w! l, t
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . H" j1 ]) J! f: M: m3 K
43.     is_connected[fd]=0;
    # i: [2 x, I# s6 x2 m- S
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , |' M; u: x4 x5 ^" u5 M% G# M% X  ^
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    * g3 l9 z( W: l" m+ ^( i# r( i! o, A) b
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    . ]  y2 @9 l( e! y) O. g. K
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    " A0 J* i5 |+ Q6 B. b5 e2 b% O( X4 W
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
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
    & I( r9 O/ p- Z2 b9 `1 S* C: `% e
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ; ~1 g- ]% d5 t7 [
57.       continue;
    $ m$ }7 e& B7 l* J
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
    6 E2 ^2 F* v; F! y
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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);
    ; ]! R, g/ q9 r. j$ n; J; ?
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));
    
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
    ' l8 r6 [5 t  b2 x$ b6 t- y
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ! `: Y+ j7 r; Z* |2 D8 z
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , a- N6 l1 U! ~- w
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    3 L: B8 v/ c/ R5 r1 j
71.           }else{
    & S" D+ M) u/ c% B$ J/ d
72.              is_connected[fd]=0;
    " T1 l0 g! t. X# ~$ n5 C, X! v. h) m/ {
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    2 w8 x( {2 }4 I0 Q6 w* f
76.         }
    ) P3 F( }2 g# S+ B9 \+ E( \. E/ I
77.       }
    ' B; W# f! G! v5 Y2 g+ g4 g6 A# b
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

9 {$ L* y. ^7 s! q



- b5 k( z6 t3 r+ W) Z$ \! V4 W! \. T/ F: c
  H4 i; [7 _9 X- `