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

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。
/ A4 U( D  C* C) ]$ e! l2 m

     "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）

+ J8 _) `- R/ W% z# {+ b

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

0 r4 [+ s7 R8 C& |

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）

. M. `! L- M& W* I, ~& h
. W' [. n2 w! \4 u

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）

4 Q2 {. q0 |* k4 [3 b: \
6 o8 Z- a0 |( y6 m& q4 d
6 t9 h' F# D7 R3 B

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。

) y" a6 F- E! y( U# d" Q" {
) G0 z/ ^4 e+ r6 p& L" w( 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>
   5 {! ?6 Q" J0 E1 n& U8 R5 c4 P) K
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。

    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。

' }# Z9 L' }% C7 [9 H3 A    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。
  V5 U6 I. r6 W& P
1 a0 `  z1 m) [- C$ L# 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.    
     {- r: V: i, E6 d( [  N
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   3 V4 b. _* V& V* x
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   1 A  p* f7 e- o# i, [2 q
6. 
   3 Q7 M- H/ `( i" ^* o6 S
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;
   , ]: ?8 H1 @  L7 L. _4 H9 J
2. .....
   ' |- ?! Y( L5 A# P6 i
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   3 V9 N! K, r1 _! d; Z
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   5 g7 H2 b1 c( E; s" T" h
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
    # |' F) r. X+ k& W. r3 W
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ' _2 Q# x. l, T2 V5 E. ^
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. 
   
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
   , a" a$ q$ F. G/ p1 A
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   $ T8 [$ k0 |& O5 k6 p3 i
8. 
   % d; n# w- Y8 y! Q
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

5 e: |2 i: z7 y, p& M6 o  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。。。
  I4 g5 W: Y$ _6 d( F% y

2 q! q! Z" S4 e. G/ ]

客户端：

1. #include <time.h>
   % m( T  i. D4 @" _7 L
2. #include <stdio.h>
   - O, {* z; o& h, S  W
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   0 s0 X- g2 b) o( O2 ?0 u
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   1 k- n  O6 }! T  s! k  w7 A% O- k
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    9 T5 s, [5 g2 f$ |
12. 
    % S* R- b4 L/ ~# p" k; U3 Q
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    2 m: ~% @/ n! K2 a' b
19.   char msgbuffer[256];
    9 E$ t, Q2 L- o$ g2 {
20.    
      w" Y% m+ ^  `$ U
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);
    , A; j9 t0 P( _0 z( M; h1 ^# K' E# e
25. 
    ' j  ^# J) r* t7 C* a& _* F
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));
    ; j& S( F, F% f3 |* A9 D
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    : H0 I3 |: j$ O, r6 Q
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)
    ' F3 y& f+ q% Q" c0 v; q4 ?
34.     printf("connect successfully\n");
    8 e! ~7 j6 l( ~- a5 s6 d7 j# Y# @
35.    
    ' ~5 D3 F. x* R5 Z* x. `0 ~5 S2 \
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 v6 T+ l. \6 A0 h" I1 I, U
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    + `  i+ P7 ]* I! P" W: j
40.   while(1){
    & ~, {* W1 L$ m4 C/ U; r
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));
    ! X- D: I2 O& T
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + B$ T6 ^! J! ^/ n
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    0 v; Y8 F# E3 c
45.       perror("ERROR");
    
46.    
      p8 Z8 j# C$ q
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - E8 |3 ?# w8 |  X+ U
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    & S6 u, k- R, _! a8 U/ Y7 g
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    * }& ~* ]7 N) ]& N7 e; }1 c6 a
50.    
    3 `, g+ F, f9 X% [, E) ^9 ]# z) |
51.     usleep(500000);
      F7 ^3 ?& n$ R! P$ v$ V0 I
52.   }
    9 T. M, _: h7 S# J
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   / n. ?  j/ a. u& g# f
2. #include <stdio.h>
   * ^: V1 A! q. P4 {- ~
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   7 {% R- Y/ A+ y9 f- d' v0 D( R4 l
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   2 }3 s2 E2 E- _- \' [0 Y
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    3 A+ a8 F. }8 ^! `9 S# ~( f
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    , M3 L; t/ F: F# S6 S! ]
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    * Y4 i- Z, G1 R: p# _6 \
13. 
    
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];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    $ e* D: T9 J' @7 B9 t" D
20.   fd_set fds;
    3 S) @1 \# m; ^# Q+ D
21.    
    
22.   //创建套接字
    1 q9 Z0 @) W3 t3 B/ }/ e6 g  e
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    : H/ E- h0 E& `2 D4 `( |
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    5 ], m& Q4 [5 J
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);
    
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.    
    5 v( K  F, Z/ `) P; E/ O
33.   //将套接字于端口号绑定
    , {. S4 b7 x( u3 o, k* A; y3 B4 y$ |
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    $ N0 O! f9 C, f4 {' b/ i2 b6 Z
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    % E) m  T. h4 v' j: G  l$ f
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    * Z$ ^) \+ z1 Z5 Y1 i7 Y6 y/ Z
40. 
    * m+ s5 {: K1 n* R. h' O
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
      K3 ~$ ?2 |# S/ }
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    ' C. U+ i5 [# R, [$ i, |) I  ?/ L! a
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    ) c0 i& O# ]5 G) n; I" E
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    6 M/ o6 g+ H/ N+ b4 M1 @/ g* F! P
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    8 ^# T( O9 U" T+ R5 R  v
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    & j) c" {$ v7 X& ^' ^: I
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
    ( w4 U9 N* m  T1 o% Q+ g
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    5 {3 K8 H. ]* }, [. ~' O7 U
58. 
    " y0 m# K: Y+ ^; R( i
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    # I- h1 l4 \# Z
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ! g9 V: O4 r' p3 r& l; D& @" j- Q9 V) T  h
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
    
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
    4 L9 f# p/ L( ~0 }# e& Y7 r+ P4 e
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    7 S; u, _8 E! G' s+ E) d+ F
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){
    % q/ X6 J5 R* z2 z+ V: B
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    # W4 A) i/ N1 W: o
74.              printf("close connected\n");
    / Q) V7 |& k' b. n4 [# d+ D
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    6 Y/ L- A+ V0 X. n4 v4 f
78.     }
    - ]. y! _% f4 l$ E2 r
79.   }
    
80. }

复制代码

& j7 I, a$ w& @; P3 x0 R# E0 H
6 S. k- \  H' S: u  j
1 f# d1 d% I* N" S3 M- F4 _$ R
% N0 s% _* R6 z$ i* Q4 M( W9 R' f% Z( ~
  O2 n0 s, M7 n' Q# Z
0 m) a& S) W2 S7 U* p5 T3 `