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

( a% B- B3 J* ^7 |+ j- G: u( ?

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。
# p  t6 J& U/ r6 l4 @, i) b

     "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）
/ n# x/ f+ q% X8 [( P: y: M" x4 R0 n

  |  C7 y9 k5 N4 c4 ?
" t0 f0 {* E- J! J

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
; i1 L- O  d% D) n& u- Y9 A

       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

5 f  y1 t! u2 e+ p

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）

4 Q7 ^; T) `- H1 @; \

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）

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。

! ~0 A5 k- G' k) @* w# J& U/ u

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>
   3 B0 G% p% c  g# C
2. 
   8 x- E8 J. k5 c. d) v6 O
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

* e- A5 Q" |1 _$ z; q+ t1 O! S    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

7 n/ ?' @! h; f    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)

( y+ L: A, k6 ~$ b" r+ y0 `; B# _( U    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。

    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. 
   - v6 m/ T4 K; |' o1 K* P* I- a
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。
! g7 y) Y) y- D# Y1 f' `9 H
3 D" ^" E' e1 H  }, T: C- [   

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
   % a9 H/ y  i( P* r8 v, A
2.    
   2 t, g: S9 S( n: S
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   : ]9 k# x) n) q( k5 a
4. 
   ' x2 v$ P% T# l$ I+ w: \# u
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   % N/ q4 k' a: T5 @% U
6. 
   + V8 n. M- a+ t/ `. H0 D( l8 K
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;
   ( e6 U% K- r, u# C
2. .....
   - h, ?! R1 ?" J8 c( M/ @* X. t2 h
3. fd_set set;
   : H" p9 T$ O0 j5 k$ P% E) g
4. while(1){
     y, q4 J( Y) M7 V7 s
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   " Q8 Q4 M) }& \+ p2 n
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
   4 X2 b7 z% z) ~+ _3 T
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,
   % d) ]) F# o, K8 g
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   / H7 c+ @# Z4 z1 k% l# W- y
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    0 c2 N. @" w% t( {; g5 ?  F8 Y
11. recv(s,...);
    3 k; T3 g( P: [- o% v: J5 {5 {* b
12. }
    2 o- J9 w6 ~2 {" u2 }
13. //do something here
    4 j* h2 N7 w- U- ], H+ s6 K2 m
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. 
   & `& h# a/ c; z  t; [# j. S
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   : L7 |  [& x% M; t) Q, t- |
6. 
   ! E) I4 ~' U) `9 ?  Q
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
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

1 N) w- x3 r9 I( y: U! i7 k

使用select函数的过程一般是：

  `5 d& O" d% ^: g9 P7 P" l    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。。。
5 j; J- R% N" w! Y( D& _% t

客户端：

1. #include <time.h>
   6 {7 n0 I. K, Z# e7 I  m
2. #include <stdio.h>
   / z  d) S. J2 p7 ]7 B5 e. G, L# H
3. #include <stdlib.h>
   . |& T5 Z: Z0 k/ j' N6 f  A
4. #include <string.h>
   # C: [1 K$ E: Y( @$ @' P! G
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   - _7 l' C, g- N3 \, R9 H
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   % H$ T) |2 ?8 L# i) z2 m% o
10. #include <sys/types.h>
    4 k. x2 z& O: r, n4 d& \
11. #include <sys/socket.h>
    , y5 Q0 m+ w- L; ~! Q
12. 
    8 c  q8 ^' d9 Y
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    - a- B  Z3 k$ |. U7 ]' [
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    1 A1 X7 t$ q. Y- }/ g) b
15. 
    
16. int main(){
    * m" F/ @# c: [# {  x
17.   int sockfd;
    % Q- {% n* W, s* g9 M4 U; s
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " `2 |" M( b4 I6 a+ ]
23.   if(sockfd>=0)
    % O( S+ G+ S1 [& F3 Z) o/ K9 I
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
    5 E$ v3 C- U6 l, f3 S* d) E
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    / o4 k; i( D4 {4 n& R
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    , X- Q1 l9 P/ O9 O
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)
    5 i' r3 |) E! [
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    8 T. r; n! g, Q6 O: m( n
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);
    2 a7 v' x; s( ?9 l& @$ E
39.   
    - b# K) a8 Y4 d( e
40.   while(1){
    + L/ _3 E* t1 z' @$ X. m: 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
    9 S, g/ @4 f, K/ Z# S
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + \; D' d, I; s1 R( p: a+ B! Z
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( Q  i4 k6 n3 X: I# |) z1 R
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    . k% H( Q, Z& ]* K+ ?4 l* }3 I! @1 d% K
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    7 j& `$ E/ m( j  N7 g5 G# q/ f* P% A
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + c" P( A5 \; D8 g+ J
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / e( {, s4 v9 Z! n/ W5 _1 Z6 Z5 w
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    : U: @, C1 g4 k6 @
50.    
    * v1 B* J' m. E6 H" o
51.     usleep(500000);
    : u* @/ i, w+ m
52.   }
    
53. }

复制代码

. F0 Y7 c1 E6 y

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   8 W$ L4 X9 I0 @- n4 Z" d
5. #include <unistd.h>
   : T1 s3 j% E: i
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ; Y3 e/ |  y9 I- N( N' Q
8. #include <sys/types.h>
   ! n- a7 ?. x2 s$ U6 z
9. #include <sys/socket.h>
   8 u8 m6 Z, T0 [, z4 d/ E7 V; ~* I
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    . K9 ?$ ?" ^$ Q9 K
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    $ e8 T. Y0 @% q- E! D2 Z) F! y( Y
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);
    ; a* c! W: E) X% y6 N
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    / J! b+ g# E7 K- F5 b; ]
20.   fd_set fds;
    ) i% h/ j' M6 d& a
21.    
    
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);
    / Z0 [1 I: d/ b$ _4 }1 \: x1 n
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    " ^8 m4 j# ?" s- z
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ) k4 _! ^* k" H& \' h3 H3 j9 [- s
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 g7 Y2 s: b) \' {* v1 e7 q% I
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, y, l8 M+ y; ^$ A5 ?: E
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    % s6 C1 @/ U! W- I, @/ S, g" x
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    6 q9 Y5 Q( `- U& P
36. 
      S, {. ?% O+ T3 x0 k! s" |
37.   //开启端口监听
    5 b8 c. k9 a2 l  I, H! D
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ; q9 Q4 F4 C. X- T
39.     printf("begin listenning...\n");
    ! a5 t# f3 e; l; y
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
      o% Q; A4 D# ]
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    1 [: e+ \, v; s4 {
44. 
    
45.   while(1){
    , O2 b# K# k/ t6 O8 Y% P  g# b
46.     //将服务端套接字加入集合中
    & [( B( _& O' z3 [4 m! `# v
47.     FD_ZERO(&fds);
    , n) N4 {7 n. x" B- Q' z( p. P
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    . C# C7 k3 g2 n: |. c# l! l5 H
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    - H3 ^- I! `( Z  {
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    ) c3 i% p: c+ j- l3 o2 y, ?2 d
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
    1 q: i0 _! M% E$ W. Y8 d5 A
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ; p' H: p2 ]( l) ]+ z
57.       continue;
    7 ]2 }- R' ~2 k2 S8 h
58. 
    3 j& c' y  h$ v( _
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++){
    2 x( m& c3 V, Z+ ]+ S: h
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
    
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
    7 [  ]0 U  i$ V" l. S
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
    * L7 _+ y8 w5 B% c+ ^+ c
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    , _7 b& \; J0 u# p' H) [
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    / w' \9 T8 [, @, c* V* X% r
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
      v2 |. e( n  e) w* ?+ {
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ( v0 N7 x6 d! J3 {3 X, d2 S2 U
76.         }
    
77.       }
    % B: S7 P/ P+ J& _; n
78.     }
    
79.   }
    : H& ~* Y- F# c' U/ W7 b% l, [' _
80. }

复制代码

# |$ T" u9 A; A# I
% l- z$ u4 W' ^0 }
* r: B8 E5 \9 x; A) p. t