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）

) b: D6 o3 L' B2 ~

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
4 ^( D  D0 Y5 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

3 z- p: Q, r5 Q" Y0 _1 L7 s8 q+ V5 P/ P

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）

8 ?+ t$ M1 |- A4 I+ H
& i. }, q; j* O2 Q. d8 X- e7 \4 {
6 A  N0 n5 `$ a3 T

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。

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. 
   5 F) G# C7 M) E# r* u
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。

$ J3 U* ?, t% W+ a& f6 _6 g% s    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。
! e' n: I/ l( C2 V& Y
    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：

8 R+ J9 o6 i" 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）
   0 \- W8 D# S/ F, i# H* h4 D
2. 
   + \/ G$ f- Y$ @. q0 _. o7 m3 c
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。

   

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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   4 O2 R* _4 j9 j( L
4. 
   & U# k5 s$ W8 w# g% I; p
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;
   , Y0 Z+ l7 u, \
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   0 M) Q4 Q. O1 {6 s# b
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
   1 w( c$ S1 a0 T2 C5 `! p9 s( \
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,
   . O. v+ k8 s4 \, `4 e  w
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
    * Y9 g( R# W0 O( g; w% L
11. recv(s,...);
    ) u2 p: J7 D5 D/ \: r3 M
12. }
    
13. //do something here
    4 S9 y4 x4 q* ]. @
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)
   3 Q) G4 L: o! I* i) a$ q
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   2 }2 I! G# I' Y6 o8 ?, g
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

" `) B; G" n! F4 S3 \* s

使用select函数的过程一般是：

    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。。。
# g( F" ?5 W& T1 M5 _

( t; V: M. K, q# ?5 s& ~- J5 U

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   0 c% V0 Q: W# |: i0 K$ K, T
4. #include <string.h>
   % v8 h$ g; e! P* j8 B
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   - m8 f% l: R0 Z+ p
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    : Z, x: b2 |9 W5 j) Y" S6 ?
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    6 i( f5 ?) a, M; n
15. 
    
16. int main(){
    % @6 i' @% E# C
17.   int sockfd;
    . f: A  [* M- b) u8 \; T9 ^
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    ) \: b7 @* H* X1 D9 R
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    / X$ Y! R. x: j8 }1 {
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    " z* u) w1 A. A7 e* f+ F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    5 @- \$ L$ ?3 T8 l3 s$ D+ f  ^. f
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    / P2 A9 M. A0 J- m$ t
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");
    9 ^1 g8 Q1 C7 q: G
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);
    
39.   
    
40.   while(1){
    9 u" I$ j, N  H
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));
    ; M" G; r. r) Y, D8 z! D) `* K" m
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 ~3 R, O4 Q4 f) |3 c3 \7 A3 O7 Y
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      ?& i7 g1 j! X' R" I7 s% D
45.       perror("ERROR");
    1 g$ V0 [, [$ a9 g
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , B! u% X: R! \
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    : K: Z7 `0 [- a0 i- C5 `
53. }

复制代码

  w7 @* S7 y$ b4 d0 O/ f3 D

服务端：

1. #include <time.h>
   # r1 K( b# ?) m3 C
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   7 w' D& x, C" S+ q3 K/ H0 l/ u
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   " y# W5 h4 E7 ~  J  ]
7. #include <netinet/in.h>
   - C3 z' O2 h3 e: i- T) R$ p
8. #include <sys/types.h>
   4 }. h2 D  W# x1 v1 W
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
    & {3 ]% J" W: \" m! g
13. 
    - r! i7 a% ]7 O7 i# {! W3 @. X7 V- X
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    : f( V6 ~, K# j2 ~* R+ G0 B2 w
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    * l# B) J% z* c4 X- E8 z3 }
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    4 C- Y8 t! h9 o4 b
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / I* \2 D1 q" y: E4 K6 K+ V4 Q
24.   if(sockfd>=0)
    . k% R( h+ w6 @5 ]- a; |
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( w* g8 a& n2 t$ A5 V4 B9 L
26. 
    3 ?1 m* x5 z: q) q
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;
    9 v) ~* c: \. f+ ~$ ]8 h  ~2 T/ L
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    0 h( o6 H$ |$ f& y# p
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    / b8 d# @) g* l2 q  N) Q
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ' J* O9 p% L: V4 Y9 ^, j4 S% @1 ]
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    , H% r. ?' X2 S6 E/ z0 `5 J
39.     printf("begin listenning...\n");
    / {6 x7 m8 \. z6 N+ \' Q# h, E
40. 
    . f, i- u( w" x' `+ H+ U* N( |
41.   //默认所有fd没有被打开
    ) M% e9 z% L' W5 O
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . z7 ?7 ?" c: H7 \
43.     is_connected[fd]=0;
    0 {" p: v9 n& M$ R5 B7 ?; s
44. 
    & Q( C/ n1 {% T. {- \) R
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , u. X" Y9 I" q5 i
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++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    ( ], F! ?- w- |0 F9 d
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
    1 T- ?& q0 l* T1 D* ~
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    9 F, }" Q! Q5 g" y
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)){
    ) Q0 K( j; a' m
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);
    # D7 @7 b  N" x! u7 `
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
      t; F7 m7 T+ K& u$ o
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    & U( v* n4 d5 k4 d9 s# s. w
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    0 a# C/ {+ {4 y* d& u6 L: {( \0 F
75.           }
    ' k) e* X3 X' h! k( F
76.         }
    
77.       }
    * h0 C2 }2 M- N3 P- E+ @) a
78.     }
    
79.   }
    + R0 o% _' d" ~7 Z
80. }

复制代码

# u' f9 x! z: [' ?2 u/ t+ J
  Y& z2 W# @7 Y) f6 m5 C6 C2 m