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。
. H- P' c( Q1 L4 A' q* B3 g

     "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）
3 `$ X1 {' u# P. I3 z

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
" S9 h9 [& `/ H4 i. O% n

       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

* V" ?7 K0 f4 Q- B2 c3 w3 t

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）

% B9 t; j+ l3 e0 b) H

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）

( ?' m$ T( L. n' ]8 e; ^, E# x5 b

. d5 r+ Y. {' w5 v5 [6 Z4 x0 v

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。

, i+ p1 A. |/ k( a( P6 |* Q5 `

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. 
   8 }/ t% p, I, G
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。

# `8 p& T) P- a2 X    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。
' [9 S* W/ x: q9 H
) q& O& ^" {$ {7 U9 {! f% k8 O    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：
$ L4 V( A  J3 [5 M+ R+ x( K5 ]

' m) L% m8 h1 z7 ~- v) f2 h( 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）
   3 c1 J  U; s* z7 ~1 l
2. 
   ! j& Y9 K6 U0 B* R( y
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）
   ! q+ s# _$ a6 Y8 b1 o) X" ~% U
4. 
   0 c: L5 V" _- I. k& I6 ~
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
   6 m6 {- f# Z9 K) _: f0 j
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ; M- h. C. n' A. Z- D
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   0 `) x) W$ s& ]$ c/ u
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;
   % B8 U# U: P: @, N4 U# |( p/ ?9 q
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   # I4 B8 F9 }! D6 _+ F9 n: j( v
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
   ! v( d2 {" T* D5 E) x
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   0 z' W  V, [3 O; z. I  _6 _0 g
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   4 f+ x7 L! c0 F& J$ _
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
    ' x+ M1 L( e6 _- i; U
11. recv(s,...);
    
12. }
    8 G, h! l  R& m3 [
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。
   & X) p8 n+ y4 y; \) R8 {
2. 
   ' X, S/ }0 P' W) i# \
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   3 c/ `0 @- x7 e1 H) z5 ~
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. 
   ' a* R$ y+ D3 F! E- N) R2 _! j
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

$ l3 ]( H! A- P' y) t

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。。。

/ f7 I2 q  o# Q* T6 b/ a' u

客户端：

1. #include <time.h>
   " B8 W: o2 M  [1 G5 m
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   / ~- ^  ^& _) g
7. #include <netinet/in.h>
   # c  ]/ g. q, a! f) a" F
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    4 p9 N$ A) Q4 z  v
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ( d, A  U7 e) y  U  O1 m3 H
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    * ~- O& j  B7 i& R8 y" @
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    4 I! Y& t! d" I) ]5 x
15. 
    2 x* g- i# W+ h7 ~- g" t# Q
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    * x7 M, u& }+ k# }0 i. n- g- s) ]
18.   struct sockaddr_in addr;
    & o' t/ k% q3 S% _
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    ' Y$ ]; Y' x  E+ y+ D3 E$ g9 q
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    + `& D6 X, s  n6 J" T. @
25. 
    4 g0 x/ [* I: [- U+ {' S
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    . `8 O. U8 n# D6 I
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    9 v5 w; R1 ^, Z7 s4 D
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ! Z4 N. M6 U" i6 n4 z' Q  F& F! b
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    / Q% u- A. T. b) c3 s
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    $ O  n/ w* e- q3 j7 B, ~$ q
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    5 L' V; ?1 U7 w0 A; L
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    % D- e. O2 j2 Q1 w
34.     printf("connect successfully\n");
    + m) Q: h9 c4 G' k& E
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）
    . H3 J. F2 l: {- B
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    $ o* v! ]7 L2 k. T9 ^" i
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    ( h1 o7 t$ P- w$ m) N- Z
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : E& C; J5 c; @: {- I$ }+ I
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; m) h5 a( ]) q0 T$ U
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

8 b. U# k: m! k$ l  y. ?

服务端：

1. #include <time.h>
   2 ?9 G. P8 D* P" J% a
2. #include <stdio.h>
   " h# {/ U/ X& c  ^* T0 L
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   . n3 x- I0 E2 g5 H
8. #include <sys/types.h>
   $ O& M2 r) j2 g
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    + O! {* W7 o& B( O: n# v* C  P
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    7 D* H6 M, R: R- \" R
13. 
    2 V/ s; @& n( Y( ?' K- y  o
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    7 ?! z6 n$ Z  L# o: p
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    + R2 _5 J) T4 I3 x, u
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    6 Z! z# F6 X. ]0 |  ]6 C# s
20.   fd_set fds;
    
21.    
    . l. m7 Q' L# G
22.   //创建套接字
    8 U+ l) {+ a$ T$ v3 g
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    7 {6 w" K$ |6 c8 {% U8 S" ~
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    ) ]+ u9 ~. y3 y4 e/ m8 W- h) z
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    % a0 [7 Y9 F3 G# r! O
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    4 M; l' b' O( e. p
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
      I# i5 R3 v! L5 n( F
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
    ) i; v/ t3 i3 ^8 K
32.    
    ) y) {/ q* d1 L6 k% @
33.   //将套接字于端口号绑定
    $ r! s2 B+ o4 ^" O
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    6 ^# A7 s* |" P  f* ^4 G! q
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    - u1 Z: J" b- e$ T& q
43.     is_connected[fd]=0;
    6 S/ t3 T& y- |9 M
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    & ?) \% P1 x8 D  @- Y
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    0 O2 `9 E" f, m' R* d
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    / c. e4 B$ m1 z1 i) D% i3 p/ f. e
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ' h( U3 y3 X* `  o* G
57.       continue;
    ) o( Y0 V6 ?+ K" c. A. |9 K9 ^
58. 
    ; ^% s* u; e0 K+ z6 U3 c) o
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++){
    & p  `( r- ]- ?: {
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
    $ ^% r+ P2 i" F* r: l
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
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
    * x  a8 ]1 N' ^2 Y( A9 J
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
    3 C, [7 N' l; f; `: c. k3 Q
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    " E2 f) z* ~/ s# r0 I4 N
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    7 s8 ?1 d6 z- |' F$ Z. `
72.              is_connected[fd]=0;
    - C8 ~- l$ f, `
73.              close(fd);
    0 T: [  }, X! p$ O/ ^
74.              printf("close connected\n");
    + s7 E5 |* z0 t. F' }( J
75.           }
    0 E5 j# C& V( O1 {/ y3 E" n
76.         }
    : Q: [; b. [: c
77.       }
    0 o7 o' H0 ?+ K, P; d
78.     }
    3 @% D9 M8 |  V6 a* Q' K
79.   }
    / }- q+ [/ t- D6 P
80. }

复制代码

0 \0 R" ]* E! u( w
' J4 M; E" Q. W/ `& o; V