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。

     "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）
: h7 J8 \, h$ y' _5 I

5 k& b7 e0 m- F% j; Y. Q9 i: ~
) V: F. l0 p  ^# h' s

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

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）

$ S. n2 M: i& `( a' e% u( j+ h

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）

# f% O: @  `8 X2 B; H

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>
   , z+ _0 R/ j3 \6 m3 s$ M3 T* [
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。

, r& Q1 n% a7 I7 r    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。
2 r  }4 l  I  w
( Z5 m' `5 m! r% B1 R( e    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：

3 ~, m& Q( k2 P3 @. W. u5 D1 F

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）
   , s- q/ F6 z+ V% Y
2. 
   8 N4 H# U0 u! u, K; q% v" i1 H
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. 
   6 X0 R7 m: r/ `' Z' y; g
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。

   

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
   " |/ w# Q( X6 o0 Q9 l
2.    
   : O7 _# }& ?! U( i+ A; p7 h( t
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   9 C+ {- b; E5 T7 P$ P7 h
4. 
   6 X* B' W, J$ J( \% u7 Q
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   : q8 x7 X- _: Z# k5 T
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. .....
     \5 G8 L8 `7 ~5 [% g0 {
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   % ]. o( ~0 }$ ^# R, C/ W. U
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
   . k, ?8 _( w3 |
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   $ e( q; P; C' u& m; s) M+ U
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,...);
    # x. \( q; e* I1 E" I, @
12. }
    
13. //do something here
    2 K& [7 w9 H4 i: D! J3 R3 F
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)
   & c9 O4 f/ s6 {; t  R. W* b+ j
4. 
   ( @3 D$ j+ W1 i* y) `
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   : L# U$ K6 ?4 a) H- a
6. 
   . K1 y1 X: o1 `6 \; t& P' L3 H
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   : w; ~6 P9 {  K( H/ [
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：

    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>
   $ i' {2 I0 P3 o) k+ Z* Z0 N
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   & u  x- n' _! A. [1 ]  B4 e3 Q
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   . n4 f6 r0 b: _& ]
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ; }5 M/ E/ z+ ]) T* v
10. #include <sys/types.h>
    , U5 ~. _* s# A1 ]' W
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    % l! h% t9 ^% H
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(){
    # C8 d% l) ^# n7 C
17.   int sockfd;
    ; i& }# s5 a9 M, s" a1 p5 P
18.   struct sockaddr_in addr;
    1 ]& F4 R% D9 w8 s
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    8 a* E; ]4 h3 b3 g2 L5 ?! x
21.   //创建套接字
    0 {" V/ ~! ]" s) M5 h
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    , W/ W- g, |+ I9 ?* D
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));
    # ]& K" @0 c9 H6 L, E1 D$ @0 h
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    : H& R6 A( {& R8 f$ W
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    / m# }' H  w' l: z- L
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    3 H0 {) W6 x9 M( i, M
34.     printf("connect successfully\n");
    1 n- U* ?6 d: [9 k
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);
    5 q; W! Q' p6 P( s- l8 j8 E
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    , _+ c* Q  S7 p' V3 b+ D
40.   while(1){
    3 O& H) F7 e0 J: h# k- I
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)
    . X! f( g! c1 O9 o/ F0 W$ `
45.       perror("ERROR");
    
46.    
      s) U  T4 M; I& Y* u, p9 n+ q
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ) [3 X. N8 b, W* T( s, ]( v
50.    
    ) Q: D9 {9 M: ]7 m2 D6 Y
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   , P2 Q% e; I& N; X) F3 r
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ) k: x: N& V! A- i) p  P$ D
4. #include <string.h>
   ' `" r/ P7 r. t0 ]4 D8 b
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   5 ]+ D- l& a9 R' j+ Q( }# I
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    + e/ [% D" t- {2 ^
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    4 ?* W5 H. q9 o8 B
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
      `7 E: L+ \4 E+ H+ r: [! ~6 Q2 i" z5 R# ]
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    6 `9 y- q1 N$ s. r
18.   char msgbuffer[256];
    + z7 P5 U  k; L, Z) _' N- q
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
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);
    
26. 
    % F/ M1 T8 o( R: V. F
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    1 r. o$ V1 C' G4 j: Y( A
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    0 s: p% f0 ~( q
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
    8 N) Z% j+ z9 j& J1 a( U* B9 D
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    ! b; ]! X. U0 i: S* r! F8 `
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    , n: h/ p, t2 k
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    2 T+ _& D5 u8 o  K9 D) u; \( i
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    / t; C, }3 Q" j7 m  T! G1 q
43.     is_connected[fd]=0;
    % S6 G' q1 z$ b  r; ~
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
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++)
    7 E" c# r* m) |- @  ~, q4 n
52.       if(is_connected[fd])
    7 W( S; E. M3 m* C
53.         FD_SET(fd,&fds);
    2 A; y1 b/ [; m+ q2 x* C
54. 
    3 f$ q4 [. k2 C1 C9 {. V3 {# O
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
    . J1 T0 W3 n, Q4 j+ M! k0 u) {
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    / Z; ?! A, [9 `6 I. ?2 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++){
    * B7 _" I0 T3 s# v1 I3 V& _: P
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ) q3 U. F( k' L9 N+ B9 Z
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 L2 M7 q7 R6 }' I
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    8 ~: v7 A9 `4 A2 I' D
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 U$ F6 D5 w2 |  `! {5 Q: q$ _
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    8 R5 ~5 O& P" X3 d
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){
    # W  o7 }; X$ B9 @1 I7 a6 v
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 W* v4 b7 d$ F, r) o: K
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    7 r2 F" j$ T2 K/ k+ b
71.           }else{
    6 r4 v9 a  h# j) `' e( E, R
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    , [7 j% ~" v7 d1 {  b6 h  t- _
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    : G1 m1 R5 H$ m# M2 J
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

3 [- X2 H8 B% g
% z4 ]& Q5 r% |7 o: I. V' z
  w) z0 C" k( F% L: {! d