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

# ~  S- W# |. n" l" s  x, P

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。
) i$ S/ X% `, h6 E9 C. x4 r. [: z

     "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）
1 n3 ?6 }  I4 P- N: c6 ]

# e. m. k# _: G! s' Y7 V  z- l

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
5 g9 a0 Y& p# z" _5 G+ O; }

       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

0 B3 K9 |, z! V; `  |, K( U

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）

7 t2 c6 Z  x7 f7 r

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）

- b! v9 z! r  e' t: C/ 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。

3 n+ e2 G) U9 D1 @8 Q& c4 m" U' d( A
9 X; J, V( a  f$ A5 p5 b

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. 
   ' K" i/ k- K0 E0 [9 n# z" E
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

2 {; P0 A( i+ Z6 q( z  N    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。

0 r8 _0 k, I8 z, S* r' 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：

# k; \) W& C: v  [' Q# `

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）
   # d6 d7 l" {1 b0 v8 G: w
2. 
   % [$ v$ W  Z1 J+ r+ v( @; D
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 N: y/ ?3 N# a6 Q
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( y$ f6 t9 D
, n/ s  H* {, j9 z5 y' j   

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
   7 }1 n1 @! D# S  G; R& C  i
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ! l$ g* `7 w3 h% L  A( i/ U0 F
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
     G$ Y6 x3 c# F, C6 G
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;
   9 |8 Z2 d# ~. W. h8 ~7 z
2. .....
   6 W/ g4 J0 o7 P1 Q3 g" R
3. fd_set set;
   / c% B, o6 {+ {7 {7 s% G+ H* l2 v
4. while(1){
   + N6 M/ L, ^% X+ _+ d8 x" l- L! x
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   * T1 f9 O2 S/ [3 ^0 f- U) a3 X
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,
   
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
   " D+ C2 \( o2 C
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ) I! L6 e' _8 M; m; ^) z3 Z
11. recv(s,...);
    ! ]1 _3 |7 w1 o
12. }
    
13. //do something here
    % t# |- F7 |! K' Q' r# f+ J- p, F5 `* a
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。
   ) v& f7 R; h+ i2 M: J
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   / F7 g0 _( F0 @( }2 c
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   3 `$ e. J- v% A7 B7 C0 Y8 b
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   1 @5 e& U+ b3 s2 {  J" |
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

3 N" V+ S) o! E2 o7 G

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。。。
+ e. Q; j' c2 R' g2 L" X

客户端：

1. #include <time.h>
   " @7 O# q9 j% V4 T2 p9 n
2. #include <stdio.h>
   ( ]" }6 O+ _$ |; H
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   $ u: M, I9 g! [- }+ R2 ]# A, O
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   * R5 B/ c# Z( A! K; T+ Q
7. #include <netinet/in.h>
   3 ^/ ]1 y4 G8 ]4 S
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   / r! @8 c# S3 u  b* N& V
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    0 I& q" E+ U  l
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    : `+ _% Y+ w( C) Z: G9 P& T7 J. z
15. 
    3 c3 n- ]/ m  w8 g
16. int main(){
    ) |% p$ ~% X- a+ Z4 o# c" U
17.   int sockfd;
    % n. S* J/ \. _/ R* J
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    ' J3 E" h7 ~+ I1 m
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    / ~. @/ C8 }; Y$ E, N1 o
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    2 N7 }7 \' m- {" U; H
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    * m" z& x: O! `+ D! l/ I5 K
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ; B! N( ^* O! |$ V. t- }1 o
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    2 u9 x% x' E: M! E/ t& K# H% u  q3 I
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    3 L- k  U% g2 n
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' C9 v3 ], _7 E
34.     printf("connect successfully\n");
    $ {$ f# p( [) \1 P- U
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){
    
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
    ! f2 d! @/ T' w; s) \
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 L; `* D) K& I6 J* I! Q. W
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) Q8 T" Q$ }( k( t6 g* G$ |5 _
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( g3 A- e0 b4 ?( a
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    6 h" k5 J! s  t) {
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   + z0 ~# `, R1 f1 b. b: z7 O& k
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     z% [6 {& T) {5 J; f+ I: t) v
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ; m. Z) p" v) m2 K& L
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   ( w2 `* J2 z+ b! F
10. 
    5 K0 y4 v- J: }/ l% ^0 Z
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    8 d2 m1 I) _/ ~# A1 ~
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    : R/ p( I8 ~( u! v; @$ Z( K
13. 
    % t3 E0 u6 _0 x2 B4 ?2 l  m
14. int main(){
    ' y1 T. v4 E+ w2 D: g3 P; j3 u
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    3 U" E  y7 L% R- y( m) N( r
16.   struct sockaddr_in addr;
    0 V* |+ d& N% r, d& I- k: |
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ) q; X3 J* g9 H% H% ^% B) @
18.   char msgbuffer[256];
    9 v$ u3 r& H# j9 k$ R
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    * j- |; a, f5 u
20.   fd_set fds;
    # `9 J3 V3 u+ f% q$ g* Q( S7 L
21.    
    : J# k8 x2 |2 v4 ^
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    % r% Y2 z3 _9 ]: M, v
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    7 S$ C$ M7 Q  G5 n( B7 z, Y
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));
    + w# [& t! C8 e( o2 \% D2 x4 t
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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* P! w- B& z1 m
33.   //将套接字于端口号绑定
    
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
    8 M) J- c+ B; h! h4 p9 x7 z
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    * Z8 x; Q+ d, w$ s9 F
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    + m9 \. n, D( V) R, X0 B
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    7 L0 Q( F; O+ Q! i2 w$ R0 A% F  f
44. 
    
45.   while(1){
      [9 X. x, S! J; K
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    . l: e, q( Y5 }  N$ e8 u8 o8 E2 ^$ z
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    8 }+ d. [0 j) X$ L# v
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
      B% n" V& O  Y4 O0 }- V+ _  b
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))
    5 \2 w) t# @& A0 u0 v
57.       continue;
    - n# h; J% p& }& ]2 s5 @+ U
58. 
    : D/ L! k5 B9 {8 T4 K
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    - B  ~0 P  y, G  L
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
    , X" z- }, L, ^  C
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
    
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){
    7 @8 j, o3 t+ D# N
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    / p; c2 `# z$ q- Y
73.              close(fd);
    ( K$ |  z' \. u6 `9 p) ]
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    3 k8 Z; z5 P6 I) ~' {/ O. \
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

) T+ g) m) o; {! k; ?; f( x



$ {" h/ _( ^4 F