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

5 F" C5 R+ r7 q0 h

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。
# \& D2 B7 }/ X% v6 q7 v6 ?. x% B

     "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）

" I9 D, O/ i/ c5 w0 J0 e& y) B
/ x( |" P1 Y' e1 _& n" t+ {

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
. R. D# V# o7 c0 d

       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

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）

$ {8 l$ ^0 a# m3 e/ y

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）

& J- C3 X: i' c8 o: M! q8 S

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。

* k0 K- C" Q( u

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. 
   . r- K2 f3 V, r: w+ W+ P. W
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。

( R1 r8 i. z+ i/ }* X    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

1 {9 N) B1 O' ^4 A5 `3 R    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)

7 O% `( W) }2 \3 {% w& y" i    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。
  f/ h' `! \! Q/ O( K
3 u# Z7 j8 q/ Y' a) ~) p) C    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：

  D& o' q6 v/ s5 j

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. 
   - X: S7 J% y$ C5 {
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）
   / ^2 u  K/ P' C! d$ p- U6 b# e
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。
9 p  v7 B( a8 I7 V$ H9 x/ \8 ?
   
8 [3 N1 Z8 n7 M

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.    
   ' s8 Y  C' f% [  s7 v' C; q# F. C
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   : o4 Y( G' M* X1 m$ O3 D
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ' E& U+ s% ^% G+ b% P) K& {' 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;
   5 Y- |' @0 d: ]9 c  Y6 }* h/ J1 U, j+ X
2. .....
   $ P" x, f& E" F
3. fd_set set;
   ' i& S4 S$ F8 |' ~/ K/ k  O9 E
4. while(1){
   ! {5 X% ?  ]8 y5 P
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
   ; q% ^7 Y: h7 W+ f! {
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
   ; e; U% f% i% D# U3 J, `; [* A- `
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
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。
   3 d. a9 k7 Y; m9 A& V2 G  J8 f
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 k$ S' s% `- u3 h0 J
4. 
   # g7 F4 W$ x, v
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
   4 e9 b  L1 E" u
8. 
   4 i5 ~% X7 ^# w* n' y1 q" 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

- A7 @/ ]; z# C

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。。。
' C8 L  a0 x) E6 h* }' ^, {

% P0 O+ R* u# q/ \4 _* i

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   + e( |; Q0 Z& X
6. #include <arpa/inet.h>
     z1 w, U+ K! [( V3 w
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   : e! Y: D6 L0 _5 n6 F8 N9 y
10. #include <sys/types.h>
    ) Z( J( A/ X$ q& U) M+ W+ u
11. #include <sys/socket.h>
    * d- A( {" [; Q1 h/ N( d
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    0 t! o) g7 q& Z0 ^2 @4 x
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    , E4 M+ B+ r7 g4 ~7 ~. X& r1 n7 X# X
16. int main(){
    % m% y# H4 s: n) V9 A6 c1 N. D
17.   int sockfd;
    9 A, G- I' K8 ?# F& J
18.   struct sockaddr_in addr;
    + z* q$ ~) y, i, k- ~
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    ( O& k9 |8 L, @* L# ^
21.   //创建套接字
    $ y4 X: i* X' q- b3 q2 s
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    8 Q2 c% l( V8 \$ c
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    : {7 ^% w7 ~0 A* m
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);
    . x+ X3 w2 x% x( T  r, i
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    ! I' h6 A; Z2 r. W: {! z, `6 l
32.   //向服务器发送请求
    
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）
    7 q; Z) v4 A; f' M, Y+ @9 E2 y
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    & a1 b" }! n5 k) k0 I
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ' j4 {. d( s8 t
39.   
    
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
    4 p$ C. g& K0 H0 s
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + _; g! [0 b+ L6 P+ V8 d
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 V& E. O. E4 Y5 i) r- ^4 k
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    , V; A& v1 Q% d: y" R* H9 X
46.    
    # Q! v( h% f  X; n9 }
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    " q* w* D" r- r4 S: H
50.    
    
51.     usleep(500000);
    1 R; [2 V9 O+ k5 c% J1 D3 k- [
52.   }
    
53. }

复制代码

0 Y0 m* V0 Y4 G% N4 ]% A

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   % a5 A/ r8 I: M( y. t6 Q
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 |5 z- p7 C$ v9 w& a2 a9 f) o
6. #include <arpa/inet.h>
   6 e. n+ @7 M: |- H' N3 K
7. #include <netinet/in.h>
   ' p# g% r" k& s
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   % F  |- v# ]( k* \
10. 
    + n1 {) c6 J6 B5 F$ O2 ^
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ' |2 E! l% Y0 H& o; g- @0 k1 y
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    6 R# M% a3 g, a% u, }
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    % G% d( D$ I7 h& b6 n3 L
16.   struct sockaddr_in addr;
    9 B; r" E2 P0 b3 W# A" p
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ) @/ L3 ], s' U
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    - ~8 S2 w+ L( N) b. Z
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    - E+ P2 g9 s" `$ p5 A
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    $ }6 @; G3 |  B$ [( n0 v
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));
    7 y* x& [  ?7 z3 G' t
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    " E" K( k6 z! e+ ?  A# w
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
    & N9 t9 E; I1 L1 f% A* n# X$ f3 b( K
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    3 A# F8 |% g3 l( `4 f- s1 [
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    2 g8 F8 Q0 t- l) s4 g1 a- ^
39.     printf("begin listenning...\n");
    ) Q5 b! x2 T- ]2 M' D( r# b
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    0 W( J/ t+ J$ q$ e  F- R
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    3 A3 I" z. E4 I* }  v9 o. N- _
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ; t. l9 N3 H7 i( l
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    . \/ V  O, D5 o/ @
54. 
    / T+ l6 Z, F: O) `& c
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))
    8 e# u" k8 M" G) E4 q; b7 v! x) @
57.       continue;
    : P$ ^# f  ?2 {, I
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
    9 i% c( t9 S& ^- C3 j: e
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
    ; m! [  @4 Q0 Z% Q% E
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
    ( ~2 q' P, \# D  V& L& y& l0 u  Z$ m
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
    * R  b9 W) I, L  b3 u
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 c0 R" W9 \9 J
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    / r) T/ q' t  T, p) Q& O0 o% a
71.           }else{
    4 A+ X' v( V" `4 {/ w7 y& H# H
72.              is_connected[fd]=0;
    & S6 v$ q1 F9 K3 a% F
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ' }3 ?) ?  N* c4 T9 q
75.           }
    2 b9 I; A  K* F
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    ( g5 P. c( p9 D
79.   }
    
80. }

复制代码

4 }$ G# R5 |1 q; ?4 b