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）

! L- K* J2 l6 C
; X4 d. M+ @" m

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
7 j% I' w. f; D; Y; e

       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

9 V1 p3 R3 m% ]
$ E: n9 Y7 c5 G. `+ r

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 o- d* @6 w& `8 E. X0 m

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）

, R( i2 v6 D' K% ]  f
( ]: I& x$ A+ X, E5 o- F) M$ t: b

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。

* }4 M/ x3 l3 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>
   
2. 
   + T, L& P$ \0 r9 q7 l4 o/ U: a( j
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)

, C1 @3 I0 |: l    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。
8 @; J6 Q# ]- j, U
. w* A+ f# n! q5 Q, n0 ], K    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：

& m- b# {; ^3 p. L3 @

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 t" \( D3 B4 [
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. 
   
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
   " G4 b7 C. @0 W: ?6 U$ S( h
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   5 M# ~, \2 W8 H( [' s
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   2 m+ T* I1 X7 a/ {" f' 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;
   ; @1 ~( C  Z% x) \. n+ Y1 j2 H: P
2. .....
   # Q3 w8 t5 Y9 ^% o; |+ O
3. fd_set set;
   $ n( y) m! D' C" q! T& X: q
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   $ h3 p) j/ Q- U, ^' 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
   . L+ X% L( {, x. P0 ~
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,
   + `, Q7 ?9 j! t) [
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   3 U/ U3 a# p' N) k" J) |& ?
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    $ l7 }# Y! ^8 |/ N( b( A
13. //do something here
    ' I5 T% v; t( Q: d
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。
   8 c( v4 \% L+ I, x
2. 
   - I/ K# N! U: ]1 O0 E
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   , X. R: \1 T/ \6 R! t! b8 }, }/ r3 K
4. 
   7 W3 q( Q7 I# V- `5 B
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   3 N! t5 Z* z! l7 G# s7 ^" ^
6. 
   , {1 i+ g4 `# x5 U( E1 H. c
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   . n6 j5 U4 T- P  k1 V
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

* l" p( N$ @6 u& x) i6 s$ u

使用select函数的过程一般是：

' b2 T: u+ W8 a. ~6 b0 O    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。。。
# k, j$ F* ]5 E* ^$ J& Q: V

) m! b5 Z" n5 K1 o6 v+ Z! Z

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   2 C8 O  `& z  p- Q0 x
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   7 D2 \4 ?3 H( B# r& A* P
5. #include <unistd.h>
   7 I; o' k  U5 z* [& O% c  W
6. #include <arpa/inet.h>
   1 b, h+ O$ O" p4 M* p+ h
7. #include <netinet/in.h>
   ! t3 A5 V' d* a0 ?$ o  x
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   $ R+ u6 n. j. X1 ]
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ) w! c4 X1 O! p' t& L
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    : X3 f, S  g0 C  Q
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    ( U6 ], Z1 [% G' \
17.   int sockfd;
    + {1 Q# O. d. K% n5 X
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    7 N. {3 g+ E( |- z
21.   //创建套接字
    9 H9 }$ K; P, {
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
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));
    / D5 t* O8 b1 d" M" }5 F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " J( Y' [1 u6 l2 }, e! q& `
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ' i: n5 f! w' n; o( L
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    : ?- q( |+ ?6 V) |5 a
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    2 p% ?0 [  d% L
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    1 _, |1 y; m4 R0 ~2 ]
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
    7 E( e3 C+ {) c4 o4 r, a
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ ^7 `  {) Y# G+ i8 v7 T  l
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    7 ^: a0 E$ R8 B/ v  {
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - @/ o% H4 R& F9 b
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

: l; M# w* R6 @. ]% M0 r

服务端：

1. #include <time.h>
   5 [+ x+ O6 V: D/ F2 X
2. #include <stdio.h>
   % G3 V* [' g8 n3 h: y- T% u
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   * W0 h! f1 Z6 r% d4 k$ g
5. #include <unistd.h>
   : n  ^* Z; E' @
6. #include <arpa/inet.h>
   3 m: f! O) M& i2 L( a; z7 t) }
7. #include <netinet/in.h>
   5 E  W4 ~9 l3 ?- O
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   8 C$ e, t  s/ i% V* C( i
10. 
    % H/ r* |/ g: N. j
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ) R; V3 e1 e7 x3 E! \5 R+ N
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    / A6 I7 S) @4 [1 I) f+ |8 I
13. 
    # u. {/ L2 W7 ?. ]9 m
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    + `. c( y+ T; _8 A2 _2 i0 x
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ' ^' e* `2 e$ S6 {4 j- v
18.   char msgbuffer[256];
    4 ~9 V( a# i" ?! q
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    5 G; W- M/ [1 A, e7 R; G9 t
20.   fd_set fds;
    # G, h8 b! Y! ^5 w) \
21.    
    
22.   //创建套接字
    6 f) Z/ d9 X" Q
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
      ~- l' _6 q/ \) }4 a. z+ [& h5 O
24.   if(sockfd>=0)
    ; [# l6 ^3 c2 S5 ~) L: F+ x) {
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    * U" R. }* a) J/ s  |
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    & H* \  q. U& G: i
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    : @1 p; n4 e- K; y7 k4 [7 d
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.    
    / C$ p7 p2 G1 ^; {: C
33.   //将套接字于端口号绑定
    5 r; T2 u5 s0 P  `% t0 f
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    - S5 ^" ~6 ~* S2 b! Z& [
37.   //开启端口监听
    * |' \* j  T7 Z7 C+ X
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ; m$ `. ~9 t3 U- n9 r' a
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    . J0 V8 M9 g2 m3 ~2 h) v: s
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    , ?; P9 Q7 m8 w" G7 `$ B
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ' i1 K) X. S6 Y+ Y+ Q7 H
45.   while(1){
    ! s8 m# j1 ~; X4 e+ E1 K: ]* `" q1 E
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    & G. L6 w2 Z" v1 u  {! y- S
50.     //将活跃的套接字加入集合中
      f) @( r; F5 e4 w( |& v8 P
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    + S8 B% `& W- |; ]% g9 m/ `
52.       if(is_connected[fd])
    9 Y2 i3 S5 g1 m) X, t& }
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    $ g! }! w( _% \6 y- k) j
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;
    + r# ~6 z: x' D
58. 
    2 C4 l5 L  c% e8 Y  y% [
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++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    * F9 B8 N* G7 B8 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
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    & p" u! t" s: [7 G& Y) `* x; b
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));
    ( A' Z+ d! E) e* k( R
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
    " @1 U$ x6 @4 h& i2 {
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    : }) N4 m3 M* }) p9 U' r$ W) R
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    . X' E" u6 t9 D+ c' V0 N7 ]
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ( Y8 a+ U& g2 S5 l/ B
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    3 e9 Q9 A$ [* m9 F
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    6 S9 }; b$ @3 z# H4 [% I: ^
79.   }
    / p$ j6 |+ x1 o+ _. f* g
80. }

复制代码

  n& y0 o$ d1 X. I8 p

8 h' T% M+ p( z: Y) G
" g9 ]6 h8 [. M( n( c- P3 u

( f" j( y7 P' z' ]7 L