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。
& ~3 o4 ^1 O  A- D

     "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）

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

8 m( K8 o' {* S" i9 F5 k
$ Q. Y0 a" E& A. 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）

0 `; N+ m" p! x- s& s

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）

2 P3 a5 z: \  @  s. O6 _

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。

* r5 k9 ]; K9 x5 y/ c
! P# e: K1 V1 B2 B1 c

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>
   
2. 
   6 w' x! X2 u) z- m
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。
4 [* {* B0 t/ u8 f- D" n
    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：

0 }* v/ E( c3 `9 ~8 b0 S

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）
   ) [' c; ~4 f$ V( r, Y9 I4 g( G6 Y
4. 
   , h7 |; _2 D' h) t1 C' R
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。

   
( r& Z( S0 X! a* O

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
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ; j" \$ X3 W& ]. V& b7 g; n
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 q$ F; R& Z& J& L
2. .....
   1 E6 V( S# I# N
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   , [0 S+ b" s) X# K# n% P
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   % ]4 P+ S2 \& o0 W8 _; k0 I4 {. e3 d
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
   1 r8 a5 s  q( b" t2 ]9 p
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   # u% l- Z  E8 G5 c& T4 O& `
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
   3 `/ W0 ]% n. ?
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    6 Q8 w1 e! X3 d7 L; z- g. |" W
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    * U8 v' |7 p: E% `6 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. 
   3 k$ I( M' V6 }3 r8 t3 G9 W
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
   
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

* U+ m) M0 y$ q6 m$ L' {5 C
) B4 k3 v: H1 n* W: x( `; |

使用select函数的过程一般是：

1 r% p: q4 e# a    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。。。

9 |$ q# s6 \: }" Q% U; O

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   7 M5 t, p: W/ @
3. #include <stdlib.h>
   : G& l0 w7 D3 O* p+ @7 }
4. #include <string.h>
   % a' c+ r9 ~9 y: X& E
5. #include <unistd.h>
   2 R& r: z. a! s
6. #include <arpa/inet.h>
   # ]9 ]7 ]/ B6 u$ S* f9 x* I
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   $ o9 M% R: R  {' u, y- Y! U
9. #include <sys/stat.h>
   / s8 Y& z8 u9 L
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    ' w4 C0 Y8 w! E7 C/ }9 F+ ?# @
12. 
    " b# w( z6 Y! d" A8 y
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ! p" u# `" o' ~) h6 g8 O
15. 
    
16. int main(){
    , B- Z/ N& U/ [4 l  F
17.   int sockfd;
    4 f: @0 b6 i9 Z* K3 l" U
18.   struct sockaddr_in addr;
    ) h# Q& f- A2 P# o( A
19.   char msgbuffer[256];
      l& N' r0 L" p/ G5 S
20.    
    
21.   //创建套接字
    % U& Y) g2 J  c4 _8 G& A8 y* @, ^' A9 u, b
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    ) x- U  P1 p3 ]
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    " `) o3 p" o; v& g4 L% |1 V
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    8 i( F& d5 M+ L
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
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）
    $ X; _  c% z* g6 }2 `: P3 b8 j
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / V/ g) S0 J. Y7 H  \
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 W! ^: k3 n. s% t( m
39.   
    
40.   while(1){
    2 p8 b, i# o) d. _/ ?6 B
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
    7 P" y. B7 \& }/ D/ c
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    $ Z, ?& y6 V" t! l* p
45.       perror("ERROR");
    4 j! D4 Q- k" P- L: B6 Q0 _# t3 B
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

" T3 I9 h! h$ V2 q) ]

服务端：

1. #include <time.h>
   4 j, {. X: v9 f2 K* h
2. #include <stdio.h>
   " F! T$ b3 A. z  c5 b
3. #include <stdlib.h>
   5 W7 I# n( S3 C" f& r$ s4 H+ C
4. #include <string.h>
   & o# J9 Y) w  A8 b5 [/ T
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   + U7 n; q4 D, }9 d
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
      Z/ L* V% e5 [2 X
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    ( C+ j& x5 U. }9 z' `2 t
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    ( N4 Y7 Q% ^3 J& O
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    " Y9 r6 c( a' {3 ?& q  U
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    : I* P5 k) L8 v: D7 P( u* O
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ; U  E" w* A  F
24.   if(sockfd>=0)
    . T4 D  H  ?. n8 w8 m+ Z0 D
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' s  H. |) p) p- y
26. 
    $ J3 W- N& D0 S9 p! q7 H) g. I$ i2 |
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ; E- a( {; V2 Z) }4 j
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ) ~1 V( A' N$ a6 N0 _) \
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
    9 U3 `; b- ]  S, O- L/ X
32.    
    
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. 
    0 \; ^; J1 `# g4 Q) G
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    7 w1 O% f& g6 _# S! @
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    8 l) k: _$ u* d3 S" [& x* z
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ! c4 f) Y" ^  Z
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    6 ~- I. p: y% c3 {5 s3 p
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    0 `& Y) E% ?6 j1 D8 S9 s
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    6 g# j" T4 N; |  S
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ A. q3 R( ?. R2 n9 z
52.       if(is_connected[fd])
    ) [  R5 U: {* P2 a! W9 G( G
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    9 A5 p# ]1 i4 Y. [
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))
    ( ]9 J- y; d% l- z( V
57.       continue;
    
58. 
    % w+ {6 y' f% B! Y& g
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    1 {  Y3 L' b# I& f) h) ]- r
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    8 T/ |) ^+ T& G9 ~
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
    
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    0 P# w, K' V- p7 k
71.           }else{
    1 ]- {* Z) Y/ z" Z+ h
72.              is_connected[fd]=0;
      c; }+ f2 E: S
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    6 l3 y- i1 K6 [+ P! j% y6 o
76.         }
    ! ?3 Q5 L6 R1 g+ V- p
77.       }
    % ~. W  P" i8 T3 r
78.     }
    
79.   }
    8 z1 [4 C' u% t" y( D) z7 d
80. }

复制代码

+ [  f: M2 f% H" p3 q
  `* G) {% T/ S% v; d* M; O) e$ y

# x& O  \$ e2 B4 s# u
# Y% P; g  v9 n1 Z$ ~! m! ?
; {; B! [# K9 |( \# Q3 T2 ^