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

4 j" w, {; a- N, \# q% H+ {1 t

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。
! \: J( Y# ]# ~* Q2 B3 Q

     "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）

) f/ ]7 z8 @0 f0 l: E
/ p) |1 s& d0 ?/ e' H' k. w

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

* d: J4 L% v* r4 [# ^' r% l# l
, F% `& D/ c1 `9 E, X1 Y

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）

, V; o) _# _4 o/ f' M9 I, h6 j
: t- M, K/ z. I+ f$ C) h" L4 s

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）

$ U8 I3 u: T1 S
* q! I, Z4 z* x9 l6 c( w/ a' v
9 T8 e: {/ G5 e& P0 @  O4 H4 u: W  z+ d

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。

9 G0 Y4 A" E, f+ h

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>
   1 @. V5 a7 |1 l2 U8 X6 o2 `
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。

- w1 h9 Y' F( M, P5 B    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)

  G- b$ O/ ~2 [# u& Z    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。
" x0 ~+ w; n- u& N9 q
    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：

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. 
   
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. 
   9 ~  E$ l/ N1 ~5 {" Z1 i7 {) r$ D, R
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。

   
0 M7 B# {2 X: Y

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.    
   - N, O7 C# B* A3 v' R5 E2 j
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ! b- e# P1 j, d- D3 x
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. .....
   4 p% g: |- Q$ U2 x7 [- V9 U
3. fd_set set;
   7 f+ D# U% y& q
4. while(1){
   2 }# ]% W9 s! z/ M: O" U3 x
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
   
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,
   ) B9 i+ G! y' _  Y
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
    & u- p  |/ z$ p8 {  s* d- A+ O8 Q
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ! p) t9 d0 {7 j$ M: T# j
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 C. V. j- p7 C
2. 
   0 w* U2 w0 A% j) X& x7 _8 {* L, _, N
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   4 U# M- x8 I  ^5 k& H8 {
4. 
   
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. 
   . B9 c8 G, u( p7 v! O4 b, \5 N( A
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：

2 ~4 J1 V6 K+ ~0 g# a& D    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>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   4 k& b7 w6 u2 n2 N8 X8 ]7 }) o
7. #include <netinet/in.h>
     c/ _6 g4 @* r+ E- j6 T
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    ' n  a8 h: M  Z; v" q# f
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    0 J- e; o' l) s1 ~" _
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ' m5 x2 L. c' }$ _( {
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    7 q% V7 [: u; h  {& w
15. 
      T& S$ E$ i& V0 ]- ]# S6 _/ R
16. int main(){
    6 s# n) `& @& W$ t2 F5 b
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
      z# `% D: E+ V# w! E3 z: P
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    % y, B1 Q  S- W& N( G+ G! C1 G5 @; x
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
    % U8 Z1 l  G1 ?; _' y4 ^1 z3 F
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " n7 _5 @" y& T: U" A
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    0 e# E; U( |, z1 r- z$ P) b. {
34.     printf("connect successfully\n");
    ! R! u% o! Q, g* m; J
35.    
    1 d6 ^6 i7 |* z+ X9 ?" f
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);
    1 t" w0 N3 y5 a4 e; y! \
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    * C8 x& a7 J( R" \4 L
40.   while(1){
    ) ?, n0 K: N- N9 ]1 E4 q
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; X; X! T3 n) n4 ]' n: i  J
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    # W6 G  B( N" f/ t4 N, l) y
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : w, Q+ W+ F: C$ {$ A; Y- p2 Z
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ' F/ l% v0 j' \7 V
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    + t7 g) t; R3 l* y6 R2 H: X
50.    
    ( P8 @+ [& n8 O4 ~; ]5 J
51.     usleep(500000);
    , {; `: B; C/ B% C# n
52.   }
    
53. }

复制代码

6 x" q3 h4 b2 ]5 {/ }

服务端：

1. #include <time.h>
   , ?* n& L' F- i) l
2. #include <stdio.h>
   4 X1 ~2 j& R* C& O
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   & j3 c* U$ G: b8 Z. X8 W2 S: h
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   + y; Y+ }( p7 A/ }: B0 M
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    3 {) n0 P) n2 N1 @
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ' y2 h+ [9 K& ?* h/ N
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    : F+ W1 I! s# _- e8 K- _4 M
13. 
    ; |9 Z; x* o8 W
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    $ h0 a4 P: `0 H$ O& d7 J
16.   struct sockaddr_in addr;
    / j& O% y; [* E0 m4 h: q7 N$ ~8 o6 \
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : }6 k. f6 y/ y% Y3 {9 ?' }* o
18.   char msgbuffer[256];
    * ^- ], E! u/ \5 Z  S
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    3 R% ?) C! Q' a3 \  K- D" Z6 f9 P
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    . B; ]3 K8 _% }3 w
24.   if(sockfd>=0)
    - ~. j$ p2 Q# ]( i: t+ f( k# S
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    - Z1 [" J+ Z: i9 t' a5 f$ q
26. 
    " g9 V' Y. E8 `' F9 H: _4 b
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 i. c- P6 i3 C5 E4 k+ Y: x
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    4 F$ @4 F% l$ u& q0 i2 g' O
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    , w! C, B* t# C. |' W; ^6 f
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
    & ~( a9 n+ N0 p( }1 G
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    : ?6 s2 C# u% P: A* v8 x9 D
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    5 I% Z6 g3 l2 w2 v; I- U. s5 p& ~
36. 
    : W0 m- \- ~. _7 k  B" D" u
37.   //开启端口监听
    2 q+ l6 \: T( I# }+ y) i7 Q
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    " `4 D& c" ]9 B" a8 L
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    * m5 Z- F1 Z5 k! D
43.     is_connected[fd]=0;
    ) Y* J$ L- Z9 `% Z$ i; O
44. 
    # M9 L5 }6 u: Z
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , {+ l0 \( q( ~( V. L4 ?
47.     FD_ZERO(&fds);
    ( t  l% q$ C4 S; X8 e& _' D6 }6 k
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])
    6 c5 Q' z! \, `. [
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
    ) L& c: g3 W. Q5 D
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    $ @+ i! e+ n" z& \3 S
58. 
      M% L4 U5 |* `8 c
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++){
    5 i. y# D; c  k: q
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ; ^3 y& u# f* @4 }- L0 o1 ?* E
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    2 d* n* [& {. U
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    . G; Q8 B) P0 [
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
    5 D. k9 ~3 ?. ]
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
    , {  g6 ?& [( V% Z4 o  s
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 k* v: h$ Y7 ^$ W
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    5 k: i9 q* n& P( h9 n
71.           }else{
    , z2 z4 l/ V7 J0 Q
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    4 R0 S" f1 o' N# i6 ^) c! v
75.           }
    " _& b# i. Z7 a
76.         }
    & h! u1 P  n0 E! y- d
77.       }
    # b8 y) o5 U- c* ]! |' @$ P
78.     }
    
79.   }
    5 C* g* V3 U1 h0 N) p+ T
80. }

复制代码

8 \1 k0 c) o. B4 Y& w5 \
" c# @, M- ]1 g. o$ ^) t
+ [5 w! [, J3 B0 A
+ o" s& d3 E7 @' f$ h) o& ~