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

3 ?  s& B. @: |! ~1 C- j+ ?

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/ R( R# Y  ]* R

     "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）

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

8 y, E% H2 @# w3 l5 p* h

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）

. H, W% W) \- j" W3 m( \+ O
. ]% V; l( L& ]8 _' ?

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）

0 v0 F2 y4 i6 a' Y% R! i3 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。

  s# a- q: z  W

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. 
   
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。

. m! O. r9 I" [5 d. \0 p" \4 U4 h    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

- A+ e! P% S& x3 c    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)

  d7 @- _. `( n  b    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。

2 F! ?6 j* |/ U1 _6 ~0 x    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：
! M: y  c2 R, q, H7 h" i

! Q* ~( j! p3 t

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）
   ) j9 m* h* n$ B- }
2. 
   9 e' J% f# h3 g0 L( `( Z, u
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。
4 ^+ ?, I; e7 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
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ! p1 T5 ^& \. m7 h
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   7 C# W4 V& C0 W0 _! ~
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   ( z2 Y- g9 w$ Z; |/ w! U9 [! p/ M
4. while(1){
   ; g; T. ^( k) V9 Z0 _
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   7 T( S8 H7 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 d2 y7 [9 g4 h' B- x3 j5 E" r" Y
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
   ; H9 P6 P, u( B, S/ i
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ) X3 S4 |/ n4 Y1 m+ J
11. recv(s,...);
    
12. }
    8 `- C1 S" e& b7 A
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。
   
2. 
   $ e3 |0 m2 J3 k! p
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   $ B4 Y! a8 I, f, `; e
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   9 }* j: I* B2 _! W  a+ b
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   6 Z3 R. K7 o+ }* |- l9 o3 ~2 c
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

使用select函数的过程一般是：

) {7 V7 z- H% f6 x6 R! n' C& Q    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>
   + y5 p  i6 J/ E. L
2. #include <stdio.h>
   % [$ l$ b1 C4 M" x0 V5 i
3. #include <stdlib.h>
   6 R$ o$ K, Q5 R! W/ z
4. #include <string.h>
   * k) p  G" D! o0 Q8 N% g
5. #include <unistd.h>
   " e' z6 ^" C1 b- ^$ O: W
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   & U7 C2 [( i- G+ ^1 V/ x3 D3 M% M
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   9 S% e( y3 j: o; f
10. #include <sys/types.h>
    2 ^* [. g0 [# X! N" |; ^1 k
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
      M+ B& ?* z; e# z
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    . K# B: `% w+ B* w& W) e' F
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    % ?. C6 J; ]! P* c2 |# K5 P
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    2 b' ?9 x, n5 d4 ^
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * z) h% \- N+ B% _' @7 g! f7 K
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    6 o& ^5 h! o* u/ n# d& Q$ {" W$ P6 e
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));
    ! b- O( \  z  Q1 P
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 z+ e6 [+ \- {7 ]4 J% @& m
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    / _/ b! E5 o, p2 L% d1 u
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    - Y! |9 X8 p- b$ N3 T# `
31.   
    - `6 i0 ?9 T. a- f( y
32.   //向服务器发送请求
    # y* a  G4 W; q2 J. h" ]0 C
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' ]% c0 M8 W& e; m+ g5 r6 w, F! d
34.     printf("connect successfully\n");
    / ~8 [2 t. J8 _" v2 I- ?6 V
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){
    1 A8 ]" p1 a. u
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));
    - ^# S( H1 a. y1 u
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    6 Q# K1 u1 t# T: L2 U4 L, u
45.       perror("ERROR");
    ; }$ \5 D# o9 o" z) p, K
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    7 K( s- Z1 g$ a( I4 |, R
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    & @( s3 s! T. f( O# ?
50.    
    : a# S  x0 A8 Z; u  }
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

: j3 Z5 a4 r5 ~

服务端：

1. #include <time.h>
   - O! \. G" q6 N$ V1 I
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   / F- t7 F" V! s; |9 P, a
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ' \- F* L2 w  P4 _7 e0 I
6. #include <arpa/inet.h>
   ( W( _# H( ^2 O; _( O
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
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
    
13. 
    
14. int main(){
    2 ?) Q! h: B) I# R6 k1 O; f
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
      @' z' Q$ ~7 N
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    3 L* r0 i" }( L2 a% `" j
21.    
    8 M" G8 V4 p3 \8 |& d6 \7 ^8 H
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
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));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    + v, _  ~  b5 v% Z/ i
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
    0 U: `* L$ v" S9 [- F! M- v
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    * c) z5 t; \) |
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ! _! F* i/ p& C( b1 S: i2 [8 W) m
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    2 b3 E7 g- y9 |! b+ D
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    9 c  ]8 Z0 J3 C+ f; g0 x# @
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & M8 L7 p* g! M% M0 r  U5 l
43.     is_connected[fd]=0;
    ( c3 a- z# f* W
44. 
    . x1 ^/ r# k) l. M) q( d# Q) s
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    6 g) ~, k3 n& d8 S! h! v. w
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
      W1 D+ |8 L( M2 v6 B/ |
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    : K% [$ \4 I5 S3 \2 N6 {0 Y
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ _# u' S! Q; H5 K) v  Q
52.       if(is_connected[fd])
    9 ^* s* n+ S4 w+ [
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ' ]! s: A1 I& ^7 C" w
54. 
    " p3 ]. m9 O9 D5 U% c) y1 S7 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
    5 Y( x" `; v  P% [, T
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    6 I% Y! }( l2 \  W
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)){
    $ T7 w# V! A) X  F0 y$ w. D
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    - D3 M* I: c, \
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){
    % I% n+ h  j( P" I. }" [: r
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    5 a; `9 p0 `5 y  O5 G
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    2 b- w% F+ ^+ ]6 k) n) k3 x4 ?
71.           }else{
    & `- A- Z. w7 D; y6 h
72.              is_connected[fd]=0;
    " l( n9 R- x: I  l- P5 M) @8 h. v
73.              close(fd);
    3 V* v- l# G( l# d  i$ |, f
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
      u& v% |& z5 `- g6 O5 {
77.       }
    
78.     }
    8 h) H9 v* C0 q" ]
79.   }
    . @7 O+ l6 j1 v$ I5 z" @3 M
80. }

复制代码

0 a8 O1 ]& H  W5 ?9 B