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

  h. N9 G8 o: q

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。

     "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 o  j4 z, p" V3 \, }

  g& L0 y! i) |- S! y0 ^
& C  U3 ]4 c: P/ `1 I

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
+ T3 G5 `( _$ w

       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 q7 t/ P# _8 s) G# \8 s" q0 l
( o( |8 k7 ~+ V! 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）

( d2 ^4 }5 T1 d# x8 T$ c, J# @, \

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）

. x# y9 q7 i0 \4 Y
" K: a3 S+ R* ^

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。

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

! }% l6 u; h+ z    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

' P0 u) W% C; `% K    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)

$ U6 X, U" `! C    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。
& E% p( M* G& W) D+ G& R
' A, |- }4 Y8 e3 u1 q# z# ~    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. 
   
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。

7 f, F3 G  j" {; \8 T* e3 @' F! o& A   
, R% o+ ^! E6 x  y' P( n

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
   $ X0 o! H% E. ]3 M: h# Y$ m& y& w
4. 
   ) i; G2 L* g; @! b
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   + k1 R! U0 s! H+ J
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;
   3 t7 }* c0 Y" z' F7 {2 P- V/ K/ V' T
2. .....
   + M( K# e. r8 O+ W# w
3. fd_set set;
   7 p$ n) @9 l- T; B4 Y* p7 K
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ; B* q/ A- |7 o; K$ Q  i  F9 R
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    7 x/ A. B  A8 P
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。
   
2. 
   ! D) Z- J/ c, q# k
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   - g3 a) \" c* {% P9 b" e5 U) Z) g, F
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   5 a& K7 ?( Z8 l3 a, Z7 d6 P
8. 
   ) H4 v5 l; {( h' b2 r5 K# ]
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

& q, w( K3 w7 b. |" _, K2 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。。。
7 x5 `  ~$ o# S

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   1 Z$ Y$ v' l; t0 k8 \( t
3. #include <stdlib.h>
   3 x( z7 I! u5 N- A1 v8 r, X# V; w. C
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   7 d6 |) K) Q6 j* P6 M
7. #include <netinet/in.h>
   # T% s" [# o4 H- l5 S9 Q6 X
8. #include <fcntl.h>
   - f, C, d. S, h) h4 B- n7 f' m; s
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    % {: B$ V6 s# l- @+ r- O
12. 
    ' q- l" _/ A5 ]1 m0 D3 I( T* S" Q
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ' [. K1 n, ]( ~! k
15. 
    3 B9 ]: E' r1 G9 f! I
16. int main(){
    9 f+ N; |1 q2 V' c0 F
17.   int sockfd;
    - n- D9 L6 ^: v$ M- [$ y6 V8 ?* a3 {, y3 O
18.   struct sockaddr_in addr;
    ; s* g- o- H8 ^/ p) H
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    + A5 g. H; Z$ u
21.   //创建套接字
    ! s) N1 G/ {4 u" Q) r1 H2 Z
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    7 b- z5 F* o. G; G/ `
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      r+ l( ^, E( a1 ^7 I
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));
    3 f: N# `6 B$ G" k3 F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ( T+ M) r$ p. X
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
      ]- b4 x9 k7 x! v3 U8 G( E
32.   //向服务器发送请求
    % b. W' T+ N' X- o5 U  @6 h7 J
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    5 o1 T1 p' r# u; W) w  G
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);
    / Y, H# j# P* d* F/ L" K
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    & M: O3 _# |: N1 N- W$ P) M( z# b  `
39.   
    & O0 a1 y0 s4 t  ^9 q& g0 {
40.   while(1){
    5 c* h/ D9 U" N' o$ L& F9 y
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));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    4 ?$ l7 B( T: n9 j0 ?
46.    
    5 ~$ g& E- D5 j4 g3 S  u
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    $ S8 a8 f0 k' k* z  p9 a! R) M
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    * W# e4 ^. h0 C5 u& I  _# a
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   & o. N9 C0 X2 c9 [5 y/ L+ X
2. #include <stdio.h>
   ' W+ Z. ~; G- [3 I) |
3. #include <stdlib.h>
   ) E$ L- Y5 U: W! o
4. #include <string.h>
   4 u# ?: s* b$ R+ H3 z; {" X
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   4 V/ P$ b3 g3 Z  |# d0 D0 ?1 Q
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ) {* w8 v2 P! F; q% k) f
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    7 g) N2 l. C8 C
14. int main(){
    
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];
    + z6 e6 }1 e/ D  W) e2 k
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    * P1 }/ \. P( F2 G* q. E: p  N
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ( `, K$ W" h* c# {& E
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
    " Y9 M/ D8 ^0 y( K* S6 y' ~& r
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    , M0 X, C9 m# F* a' x2 A3 o
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
    : x) d' J( V5 a: n
32.    
    7 I# w( ~2 d! G$ N
33.   //将套接字于端口号绑定
    ) F; ?, `6 j3 s' v5 g0 S
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    / o9 f) x# u/ f( ]
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    , p8 h4 W- _0 e, w+ _) x
36. 
    
37.   //开启端口监听
    9 _2 @% p/ `, }! x7 Y3 e; q/ s
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    0 u8 n: ]2 O- C% f
39.     printf("begin listenning...\n");
    * I8 c1 U2 e& @" f
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    * A7 n0 @- b' N% N
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    * Y$ V7 S; h7 w+ B9 O$ s
45.   while(1){
    : Z! G4 o8 o+ Y) o! U4 O; W( n- z' \
46.     //将服务端套接字加入集合中
    # E4 m- M& n* }
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ! K+ Y6 J2 K% L8 ~
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])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    7 C# v$ v. K+ F) q6 Z3 G6 r4 T
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))
    & o" t) n1 |$ U$ Q, `9 @
57.       continue;
    . b7 a" Y! r& t: g2 f% t
58. 
    % @3 k( U+ c1 a& O3 f& H
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    : a2 J  F& X4 e9 j+ ?
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    - J- _+ _9 S" S' C* z5 E& m. m
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    , o& F' W+ r  Z
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));
    3 _3 j# k, O6 ?" N9 t
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
    / X+ s0 P. H0 c( ]& s
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 G. e' r. L, W3 M4 ?. T
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    % w' y4 B8 H) [7 l- t. `
74.              printf("close connected\n");
    # C3 l1 f7 Y, c5 M5 Y. s9 D2 Z
75.           }
    6 V! }. g" V* ~1 m
76.         }
    % D+ W! J. _6 l1 n! d  Q+ Y
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

3 l. K; H, C! Z4 l
) A2 g9 _, c) {% S
8 n* H) H0 f2 q2 r6 J. K