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

2 B0 ~3 n# ?5 Q' K4 r. V

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）

/ q! d; ?5 d7 r' R5 p

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
* u% y1 c! O$ {, l

       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）

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 M/ A+ T1 }0 y! X/ C$ ~6 m

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。

$ o2 }# _4 X1 B; _/ q  p

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>
   / w" }, S+ E: O+ ?% m; {
2. 
   ! g$ s2 Y) {# M% F" N# O$ r/ Z
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。

/ g: }# w# d6 c. s9 E    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

/ y4 t! |5 B% z    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)

; X2 e( ]  k0 p8 ~1 t" j9 j, 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：
) O8 d6 {! S  r# O0 U# R

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）
   # l& F! B3 |0 ^2 p  V' F" t. Q
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。
/ a& |8 d& S3 Z4 R! ]% m
! {: M" i! U5 Z   
* D! ?: Z- u* Z

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
   7 D7 p& _. ~) E8 Q- W$ U+ p2 j# k' q
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   7 @% r, M) @) H7 @
4. 
   / W% `6 D; P8 e4 T
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ; B, R* v! |( q
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;
   + E' I& g$ S2 O$ S7 w! {
2. .....
   6 B7 S& B; J4 C  Y
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   / f+ m2 d4 }# y+ b  y
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   9 k2 G! t$ ^, V2 e
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,
   0 r) J1 B6 K# k
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   : I  _+ k/ |2 U8 J  V  Q
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,...);
    & Q2 T" a3 m& {: r- R& Q
12. }
    , j: D0 Z! Z9 {0 M
13. //do something here
    1 u  a/ e: W! L4 t; }
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。
   , T( Q. d3 `# j1 s: t2 m
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ! z9 r/ F5 B( }
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   # d3 L( B% G" n1 t4 a6 m& M* a
6. 
   : e% b" R: q& y& r
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ! h6 I3 C: f4 A: A1 }9 a
8. 
   * H; ^0 i/ @1 x$ x0 [; I6 X5 X
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

: b3 _2 Q2 U. Q! {, a
3 Z, m4 w. s5 R! Y2 x# [

使用select函数的过程一般是：

& F" X5 t2 s2 U) m( ^" m    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 ^5 B! N9 t/ t1 b9 k" d/ U/ x1 M

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ( o2 g* X4 y4 G. H3 [
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   * j; S2 U. f5 f; Z0 K7 ?+ i5 m
6. #include <arpa/inet.h>
   / b& B% s# J8 ]4 o
7. #include <netinet/in.h>
   / t9 g9 `9 n0 V2 S8 K& ~/ p+ W/ g. ~" h2 v
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ; a/ l9 l5 Q4 F% z7 w3 Q( o& c
10. #include <sys/types.h>
    : a  b( k  B1 I
11. #include <sys/socket.h>
    7 L. L+ e( P$ T* X9 K! i) W8 l, R
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    5 h% i' O0 S+ {, B1 D
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;
    - u) j  d* W4 q+ j* B5 ?  {( L
19.   char msgbuffer[256];
    5 P8 s; @* w( p+ N! Q
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    : O3 V( w, E% h. t1 |/ u. P
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    6 y- a* y1 B7 M% o' p* q8 L# h
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));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    6 [1 P+ q0 [( u& C) _* }
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    - e' P2 b4 w7 j0 x+ s9 p6 W
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    3 v9 U) @8 c& z4 B) z+ V. ]
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    . a  a2 E% ?4 J! [  K; S
35.    
    ! N2 n% e8 f. G' Z6 ]' d
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）
    1 _, O% W; V/ }/ H+ c" r
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ; f/ W% y1 o4 L+ f, V
39.   
    3 T/ K6 o" e1 @- k5 r
40.   while(1){
    
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
    3 X, @0 V" F9 |' G6 ]) \: `
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - U  e* D2 ?6 u9 J2 E
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    2 k  `# Q( z8 A& }; Q2 `
46.    
    * Z) ?4 y* r* E+ S: m* t
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ) A3 l7 _/ D% |! G0 B9 w
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

& J$ F8 `0 [% o% D. E

服务端：

1. #include <time.h>
   1 O$ r. J. R1 k, E4 X$ K
2. #include <stdio.h>
   ( ?( w4 Q+ o- K1 ]1 h
3. #include <stdlib.h>
   ) t% I8 N; Y/ _
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   9 c* k0 @) C' S/ n( S. T5 C3 a
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   # r6 F0 Z8 n. U$ C- w$ y$ j$ I. x
10. 
    0 b  o; f" U, o0 l) ^: z! ^
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    & Q- `) K5 B! Y. d
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    9 F1 k* B+ W' n: y% L
14. int main(){
    ! D5 I2 o" F4 L4 i  i+ w
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    % ~1 A) ]2 e: i+ m1 e& r
16.   struct sockaddr_in addr;
    2 z" S- |& I. `: G& c6 a; Q
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    # `7 p# s$ }; {- T
18.   char msgbuffer[256];
    % ]* c# }, U; _6 D, C8 W: c0 O
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    / A* r: h/ g; X1 d) p; {. u
21.    
    % _' o1 [- L* q! @  c
22.   //创建套接字
    & K* Q8 t9 `4 C. M4 o, f8 D
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    6 T# }3 \+ V: b: @
24.   if(sockfd>=0)
    / u/ T) ?# {9 o
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    " v! Q8 r8 V+ l7 x; d6 c* ]
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);
    9 n6 t7 e( Q. y5 b  {% s3 n. m
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
    ! s. k6 G3 }. G1 W
32.    
    . ?7 |: V/ n; r; X5 n* o( X
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    9 T" w  r( ?* D2 }
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    % l5 q2 P. y2 F. G* [: V
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ! l4 z2 r4 b2 `* a) _
45.   while(1){
    ' p+ {6 a7 X: B; R, D% P
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ! W8 X+ @+ I% c0 S& T# `  o; W
47.     FD_ZERO(&fds);
    1 `3 r# `+ D- j% s! \
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    - ~0 e5 y, j7 b
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])
    2 _0 f; D! N, ]7 S  E  @
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
    & {/ q% |" E' h; q; Y* h
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    / S1 [% U6 m3 H5 m
57.       continue;
    + X, X" V6 K0 b+ n7 I
58. 
    + Z2 o% T2 E5 ]) m
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++){
    ; N* I! y1 c* H/ @0 u; w
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    9 h, y  [( b3 }+ 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
    ! h! I! f  t* I& ^. B
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));
    
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){
    1 O5 {# ^1 _4 m1 G
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ i% ^7 x, |5 `# ^. ~; }6 s5 e
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    8 M, H. Q, L) I2 O6 ], n
71.           }else{
    2 S3 W4 h; Q' N6 a6 v9 ^( o& M' I
72.              is_connected[fd]=0;
    8 T; A# t* w' {- x, |% l
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    0 b$ b0 p8 ^4 e! J  Q& n3 f2 H
75.           }
      ]2 y, g8 D3 U7 F1 t
76.         }
    , @% ^6 ~2 K6 C  R: K) G  u
77.       }
    
78.     }
    8 T# J9 }& x4 k7 h! y( A( E
79.   }
    
80. }

复制代码

6 r4 X/ q9 F  f4 a0 P. P
! q+ m0 T# e6 x* ^. \6 i5 v6 F
$ _9 }9 k" T* c: P

, e* _2 r/ E! x7 P, ^" c( q: P1 p! f! c