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

* S6 K# [1 i$ h8 h7 `$ X

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。
+ b% J# u6 Q  o" n, T  E

     "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）

! t* T+ H7 _$ \
  P; @" s& Y& R. \% t, L" V7 o

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
3 ^6 ~  |6 B3 N3 y. z9 m/ t

       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）

( t$ {- u6 [- Z" z

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）

( V( {& f1 F7 Q+ ~8 n* b

7 T! a$ F# e' Y

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>
   . @, O/ y3 c7 S2 H1 c
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。
0 u0 o7 U. y( c( `4 V
    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：

6 D& Z. {# o+ D% U: q

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）
   , e5 q' E' Z4 Z
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。

   
6 I% r; D( x. r& \) w$ B. E

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
   2 _! c; K4 T5 _! }$ f' S  Y
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ! K! D: {+ a2 O
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;
   : A) ?0 Q/ j2 h0 q1 B  w$ X5 c% k( w
2. .....
   
3. fd_set set;
   : J: M7 s2 a; }4 J
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   % i% m" m! H$ O8 P
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
   ' ?6 o. }, T: H, f
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    9 L2 |) z! _3 V* Q7 m- H" H
12. }
    6 g2 z. D& X- m
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。
   9 ]( S% G1 r* o/ b1 B% S
2. 
   : ?6 @( L* C/ m1 Q, O+ Z
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
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   / g0 _! p. D- y/ `. F8 _. B, r. R
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：

2 B* O; c' B$ ]0 ^/ W5 l6 {    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。。。

- X& m& P# o0 b

客户端：

1. #include <time.h>
   & n; |7 L# @' V5 [6 h; m0 f
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ) w9 T2 X8 z( Z9 A' G' J2 d; J
6. #include <arpa/inet.h>
   & Z' v, _8 T3 k7 I" L# \$ N' W: k
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   $ A2 m( |5 U9 V
10. #include <sys/types.h>
    / I0 R& J/ O! V# p1 i" k
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    : m2 I/ H; ^' M* X2 z+ ]
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    5 Y; \7 ]; Q# b. t1 p& E/ K
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    7 x7 K" t' m& |1 B; V) K' N2 g
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    6 _; U: L' r" x' v$ F* b
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;
    ( ]3 _4 ?' a  A( h' m  K" o
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    1 ]- ?- V) d5 G5 M1 k, X4 i2 O9 Q1 X- W& L
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    8 e: Y3 |1 C7 ?* A8 M) L! R
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    ' w, P. h9 O( M# P
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , ~9 @! {! I( b! \# C
34.     printf("connect successfully\n");
    ' F7 e0 M& K' o) R; b
35.    
    # l: {2 B" `- A3 z
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）
    2 A1 o- G) [# q1 p- M: V
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    9 O. F' [1 {  _; Q$ e9 `7 E' g
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    9 G- J8 Z- z9 U' k% e- e
39.   
    
40.   while(1){
    0 G' O* r; q; p
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));
    + z" g* ?  q. g# T, {6 P3 P
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    * U1 k! I  D% R" `
46.    
    3 t' W6 c4 t, h8 M# N
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    4 s0 y% f) x. _6 m+ [$ l! w
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

/ L+ E& x  @5 P$ x: m: v) b
- C: I6 o: i* p

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   2 N* O/ C0 P0 _: u6 N
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   * P: r/ a0 Q: E0 b7 e7 \* B% C/ Q8 h
6. #include <arpa/inet.h>
   " J2 f; a) \1 ^
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   7 q4 f1 ~) z. M/ n* o+ [
9. #include <sys/socket.h>
   * @3 l8 }# z4 d$ Z; Q
10. 
    + @4 O8 d4 m& r0 B  E. e, T
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    - }" c5 P" ]. G, I
13. 
    - Y2 i3 d  ^) C" p; X- h
14. int main(){
    & _9 _, N5 m" X0 f5 i* s
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    ( c/ i! o5 L/ e
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : q5 H9 F' d$ r) {' O% X* F
18.   char msgbuffer[256];
    3 d1 Q' n8 K3 y& L/ ^* [
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);
    0 Y5 D7 h9 X$ _. T  v
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    * \- m7 e0 W5 z
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    % S4 z) f! ^, n8 v
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    - y$ z( b  b8 o: ?8 ~1 H
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    , J; x7 J; e+ ?; b& w
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' y1 h, c- X& {; |! X
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    6 W8 m# W$ ]1 T$ S2 Y, C* g
36. 
      R: W( h1 S: K. P8 v
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    4 X+ @1 Z3 C( Q0 t
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    " W, d, d8 i3 ?3 \" |/ x5 H  u
43.     is_connected[fd]=0;
    4 {  U) V" f8 ~( A7 ~" p' H
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    / |6 \& n6 {" i  z* s9 M
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    9 l6 ?9 Z( A- G0 `% u& u
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    3 ]  t4 y8 p" n) Q. J; c
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 ?* g/ g( ]8 Q/ p/ `! j
52.       if(is_connected[fd])
    " w  b! C1 B  Q; j
53.         FD_SET(fd,&fds);
    * o( b& G% I6 N  Z$ X
54. 
    % ~) [9 G" ~) g* Z
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))
    
57.       continue;
    
58. 
    , G3 N9 q+ I1 x
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    7 F7 J! q9 V* U, T4 j1 o/ h) N. H
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    8 P$ F+ ]7 S, A+ [+ L
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    , D  L( r: S3 [0 V
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    9 Y  O* r2 P$ `. p/ y3 D6 @- W
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));
      f& A# I+ \6 L
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
    * w- a1 o$ |! ?$ _) v
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    : D- }9 ^; ?5 ^; C3 p1 P  a4 s
72.              is_connected[fd]=0;
    ; _# ~4 C+ |4 B7 @
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ) x9 O! W) g1 T
76.         }
    
77.       }
    2 A: j* }! D4 j  k1 L* F
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

& W" J1 }$ [/ b9 W/ J2 m
- p) J8 e1 i( j4 ]1 H7 z


$ f) G9 R, v6 x2 b* {