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 P% `, `9 I* p4 w

     "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）

4 J6 L9 I) p) ~$ Y
/ z& u" d& Y  }# _7 T  }# B% u

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

  @* r9 ]( R  ]2 k0 K: Q
+ A" W/ n* H8 R, Z& D

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）

3 [% d. k! k/ Y4 m2 _* f; t# L

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）

9 v3 X, A: Z# B' K4 s2 R# _
$ h+ l* i/ N/ @5 o

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。

! k6 v# _! I* e) U/ U% R  f

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! G" `) A7 [- ]3 l
2. 
   & t6 z9 s+ j$ ~! K: S
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。

5 ]" q2 g0 j! Y; H6 A    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。

    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：

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。

- H2 y5 T+ D$ X7 L   
$ n4 ^& h  O6 r3 l8 |, 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
   $ D$ t) _% ]9 w
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   ; B, Q" B# c6 i: C/ {: R
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ( N$ P% D8 F6 E
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   
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
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   - \2 \* A3 R+ C* @# S: l
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    " X* j2 C) H; \- {5 \, @
11. recv(s,...);
    
12. }
    9 s1 Z# E6 G3 M) V5 R; L
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。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   / S) @$ F3 Z& c
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   & h; E' v+ T8 f: R+ R3 a
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ) Z* \+ o9 \- T! |( ?" K4 S
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

+ N! t2 S' d. F+ P

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>
   ) p5 U; \( Z' v: d4 Z
2. #include <stdio.h>
   ' K+ @# O: K3 A1 U
3. #include <stdlib.h>
   6 ]9 ], R: i8 C. j
4. #include <string.h>
   , d- V* ]% c) f7 m9 M
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ' o3 K  i) k4 p( D/ Y
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
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    8 S$ m/ T# K" D1 \; W$ o2 s6 n) L
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    7 s8 a& u2 ]% j! c# E1 v  L
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    % h9 }  {1 E; I+ C, F; |6 `  C
23.   if(sockfd>=0)
    % Z  ?% y5 N0 Y- R
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    / Q" x4 S7 t, }7 q9 t1 ]
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    5 z$ [& _7 [* e3 ?  P8 u6 u
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ( ^7 C$ y2 `& n9 |" c
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
      u* L; W: R; @( q3 }! J
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
      {% k! N2 Y1 E' @' V
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    1 D9 ~  ~; J- p: b7 l, l
34.     printf("connect successfully\n");
    ( ^/ k  A- W# V; E: k2 |
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);
      g' C( Z& M( {1 G7 Z0 J
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    / a8 q1 c- B. \( I+ ^6 g3 i3 J5 a
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));
    * r2 O3 Q& e4 G+ \: ]+ V) J( o
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    9 X' f/ p( w* `/ Z
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! C$ {& O' l( V$ W/ H4 A3 g0 J+ S
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    5 F' ^4 q% H/ q2 {+ x3 c6 T% A3 o
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

6 D$ O/ A4 T) o" ?7 L) j: [. ]
* ^. Z  w* q; L6 d

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   , k3 H6 A7 `& J0 g. \& {) j4 n0 I
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   % Y* h' `) F! X0 L+ T* z( `
5. #include <unistd.h>
   9 E7 |$ _. _: V) g: D$ X" {3 O2 d
6. #include <arpa/inet.h>
   % ~- r0 m3 ?) F9 K: w& V8 U; H# b
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ; ?3 T: ?& s" j# `7 ~
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    6 a' G2 M% w, L7 x5 Y
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    8 W/ ]( _% ?7 g! R, u6 }8 E$ y
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    6 P& l" E+ k; {. \" _8 u1 {, S
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    $ B+ w" g9 g' r! n% a0 O
20.   fd_set fds;
    ! c- f: d0 Z, c8 J  n. T
21.    
    
22.   //创建套接字
    * G" r! h: k8 Q
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    : C( q" Z* l* b# d; i
24.   if(sockfd>=0)
    1 @0 U+ ?0 r% Q. ?: ~2 l  n
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' d  ^' W2 Z4 `+ e5 c+ ~" |% R5 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
    ( p$ j0 t5 a0 C$ \0 K+ [2 W
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ; t/ ^; M0 }5 J0 d% s- i
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    + T7 u" D# b8 ^3 L! Z
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    7 V! M8 V  _: k1 K% m0 C
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
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    5 M0 g- h' |" d2 z
39.     printf("begin listenning...\n");
    
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. 
    2 B4 F8 [, S8 X
45.   while(1){
    ! q- h# d- |2 I! h- H
46.     //将服务端套接字加入集合中
    # [& f, p3 m* z: C" S! ]- h& ]( w# K
47.     FD_ZERO(&fds);
      y2 X% u3 p- n9 A7 E3 h
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    , [! `/ k' _# x
49.      
    5 R" v& b& c; h: ]
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ) C* D4 M- z2 m3 ?1 v, c) ^3 ]
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    + l* p! e2 n% `1 z# ^2 V1 m% v# e
53.         FD_SET(fd,&fds);
    % h, a8 n4 o3 t0 u
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
    , \! j5 o3 A4 o0 _6 M4 {; F; L
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    % C5 }# Q9 U( b2 k) C
57.       continue;
    ; x1 ]8 |7 P  @- L' ]& }
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
      k/ m& _5 a; K4 S
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    0 f* I) z0 }2 b
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    7 T% }, K3 M1 [0 X# W6 O3 q
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    3 {2 R# W/ ]% |" i# o. w  C
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    % R' f4 f/ U3 O* X% S" C* b; _
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
    % y: N, j, B; q7 f9 ~0 v; e; d
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{
    0 ^$ W* I- i1 K
72.              is_connected[fd]=0;
    0 h2 A4 S! ~% ]$ H9 S+ |3 R
73.              close(fd);
    ! K( \* J$ P% J3 y+ f3 D
74.              printf("close connected\n");
    ; B" G) j( }  M6 f- J9 f
75.           }
    
76.         }
    + j2 A1 G% m8 c/ o4 v
77.       }
    1 T. A+ I' _  U
78.     }
    2 B, y$ v& c3 J; v2 u
79.   }
    
80. }

复制代码

; w7 x: t5 W# j! [% f7 x$ h: H


$ \" G& W3 \: J8 ^
  ~% Q8 m* D# g- m! ]1 {' ]' ?
& O0 T" x( q; F2 F