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

$ u% F- ?# [9 h

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。
# N6 j3 e' g& R: S

     "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

1 u; R/ b% W0 |4 S' w( ?9 i5 r) [3 x
8 R7 E8 i/ K/ P  u+ {: z2 s3 }

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）

8 x# v6 F! D  e

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）

: S! y- p) q' `! W
- ~: }" ]$ o0 h. P) e3 u0 @  v

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。

3 m( R) E+ o5 U! t9 f' q3 e. W6 Y9 i
6 B4 R8 C( `3 ^

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. 
   : Z' J/ K1 m6 B, v- b9 G8 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。

0 ~6 _6 {0 V; Q) M    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

2 J" g6 _6 E$ b$ k5 w7 q    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)

- i+ u& j  R0 _% e, e    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。

  a$ I" h# b8 ^- b  C    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：
* B7 \. M, B! H/ w

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）
   
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。
% u9 R' [1 M# L1 N% r
   

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
   ; a0 u" `2 C. V1 b
4. 
   5 H9 F" }: _4 I
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 F/ h8 V/ B3 o
6. 
   2 f/ M4 _7 k3 @+ Q
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;
   + b2 I+ v! Z5 {1 Y. W% [2 b# Y
2. .....
   - ?+ j: q/ n/ |8 ~# ^, l( `
3. fd_set set;
   % D7 n4 ^7 e8 w! o4 T+ U
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
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
   ; T6 P4 i; n7 i+ \2 M
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ( s- @5 N& P# Z( v, b1 I  V
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
   ( k, s5 N) B/ _
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    , Y8 c, [( c; ?
11. recv(s,...);
    
12. }
    2 `' D8 d! a7 |% @9 o' U8 i
13. //do something here
    3 H3 d. w" P" a* p6 u3 [
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. 
   6 w+ Y6 ^0 M! W1 y& \- D) ^5 S
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   5 u% q9 K$ {! ]
4. 
   ! d) V4 M" ]2 C" J
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
   : y- p9 K6 V, G  A  y, y$ a) m
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

4 w' c, t# b; s, h4 ^

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>
   , u( J3 b& J5 [
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   2 T1 S2 N  J5 U; Y3 P7 I' u: J( f( u
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   8 Z. E7 K6 L/ T9 {# t; u3 P  |
7. #include <netinet/in.h>
   , z0 ~* K) ^6 C* v9 x
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
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
    , o  R3 x' N3 t
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    % e5 h; L8 @: t* D
20.    
    ; z" f% z' \4 u/ r
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    $ A! l* w+ D8 o8 _6 L) U0 a
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    7 |& d8 w2 I/ _9 \+ i4 B
25. 
    7 |: \# C- \3 q% R% M
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    & {- Y/ `% Q5 ^+ V6 v4 h; b# u
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 c& S) J( z4 u3 O9 |+ {, W
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    6 \, A9 k8 J% v% g0 j
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    " C. m% Y* |  B0 o5 E
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ; C% k# {' {- d7 O
34.     printf("connect successfully\n");
    0 T1 i. v, V  ?
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);
    ' {  A/ _3 H% X. j( w
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    ) f6 W1 h8 h& j; D& a
40.   while(1){
    - E8 ]3 h' X3 c( j) {- g# C
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
    * V+ z3 r6 c. ^+ {/ Z' z
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( O+ f( ?( w0 y0 C1 y# _' |
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( M( d- ]. A8 g  ?5 O
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ' v' \3 T1 h' ]" }
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    + H0 {' \* b7 ?; @5 W% S: y
50.    
    
51.     usleep(500000);
    % G0 E! }- W! V4 N1 s; \
52.   }
      _8 A- l4 S% c" ^/ i: P. q7 C
53. }

复制代码

5 d2 C0 U5 I4 w+ v  T6 b
- D; h5 l& w9 t$ P+ N

服务端：

1. #include <time.h>
   2 C9 ?# @; e$ Z0 n  x2 Y
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   1 l0 p! X8 v$ t" l. z6 I- ?! k
6. #include <arpa/inet.h>
     c1 L  T0 k. c; o; ]; a
7. #include <netinet/in.h>
   % g5 \7 h9 S' o, `0 T
8. #include <sys/types.h>
   2 v7 H3 a2 y; {7 b
9. #include <sys/socket.h>
   * z: y, M9 [. \/ k3 N0 e. C
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    , }& o( U, @4 N/ r9 }( @
14. int main(){
    7 y9 n+ [; o1 t! s/ i+ y# u
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    ; B$ x/ K. g9 ~1 w
22.   //创建套接字
    $ q$ f. C- s+ _1 k3 |5 {. u" M1 R
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ) o! a/ q' }3 Y5 ~+ p$ ]
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      i0 e* ?, {* g9 F- J; A* q
26. 
    
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));
    9 j& B8 Z  I! ?0 \, ~
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    + ]) o6 v( V  T5 u6 B# E5 [, [
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
    & Q. q+ o  L! c0 V8 Z4 P0 [( L: a+ E
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    & t6 `9 Y) ^" Z- g# p/ g) Q2 D
36. 
    & b2 N, ?- O: i% |3 _8 [
37.   //开启端口监听
    & M* b6 A9 h8 G- P
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    7 b/ V2 x! F  U' h8 E0 L/ Q7 G
39.     printf("begin listenning...\n");
    / z4 i3 v% b+ ~  m0 T$ z1 @, `( o% K7 b
40. 
    . s1 R3 Z- ]# S& o3 ]/ U+ Y: R7 d5 A
41.   //默认所有fd没有被打开
    2 E' i" L9 Z  T- q
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    ! {0 u' w; @/ i
46.     //将服务端套接字加入集合中
    # s+ ~- D! V6 R. b; T
47.     FD_ZERO(&fds);
    # f, t1 y7 c' y2 q/ F
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    ; l: y* @! ~; h$ {' O- s
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])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    : o# e$ u/ z" w+ V! W
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. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    ! z/ q: g+ }$ p
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    . k: q3 Q( X/ R4 P4 ~+ \
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    / k& A+ z/ z! b& _1 q$ N
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    - ]0 j% Z! i: w1 B' d; H
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ( _+ m  g# z1 ?& ?5 b& e
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
    ( B' H2 L4 p! O1 L' x6 m2 {, |
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);
    
71.           }else{
      a9 x' ~3 K, l" G' Y' M
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ) i9 {5 N' ]' W8 \: N( Q. F! |
74.              printf("close connected\n");
    4 i4 T; H' K/ m& R8 j
75.           }
    9 q6 F' h! a6 C0 m; d
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    0 X! V6 n! b. ]
79.   }
    
80. }

复制代码

& p5 C2 F( C, q; _$ x7 D

% o- j: [. Y+ R- c) F, w2 c
. I' ^5 t8 D( |0 f
. o7 s0 r+ j0 V! n9 h5 m' Q; L
. R, d/ l+ L0 g/ i$ J( x# z# c) \