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。
+ Z# w, t, {. `

     "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）

& B8 \: j7 Q8 O  p& z: U8 q

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
- y7 o1 s) a  S1 E( U2 @

       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

: A/ Z' d5 ]) f! Y+ y+ D' s3 F. i
" O7 g+ \4 q2 E7 L

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）

- W% d* l6 h+ `; w  o

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）

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。

5 x2 ]& b; ^2 _* s

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>
   / ]4 N8 C- b" S% G  ~. |9 k
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

/ r5 J8 f. t8 E( G    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

: u0 n/ R2 `" j5 ?: ?& e7 N  |    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

( ?8 b4 ~# v# z0 N  Z    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)

/ h  j  b  ~- ?( m/ }: T7 J" v+ W    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。

2 t$ L# r( W- _' i+ 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：

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）
   & B0 U# 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。

) T' T' c0 I* S8 h   

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
   ; Y3 F( w" t; q- D; A6 N( r
2.    
     m, Y4 R6 B0 a) `% i& J
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ; R! @. s$ a9 a/ H
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   7 y/ }) P3 N2 @  c4 Y) y
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. .....
   ; T4 v0 s% t  v1 d
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
   1 s7 o" d' ^; Q; d& R
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ) O0 j7 @" D0 l+ X1 D- b
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   3 {& }4 }% x& N7 B! T+ |# _3 G
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   - o- K! Y) |( W) Q" E) U3 D5 m
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ' a# w6 @6 O6 {# n- t# F. Y
11. recv(s,...);
    
12. }
    0 w! F% s5 L4 D( L* j) I
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. 
   9 z; g/ k, g* A9 z+ [
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   - M: v. ^, B% K0 ]6 q3 t
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   * Q3 ~6 }. U% k3 n( E: Q# ^
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

" [' j9 o0 o* W8 v

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。。。
: V, {( k& r/ A- _+ j; {4 L  W$ g

客户端：

1. #include <time.h>
   " U2 a' I7 B8 }% h
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   4 S1 z* b! ^9 F+ h4 E6 _  F+ G2 C
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   , r. I  {/ I7 ^% `. k" e1 Z8 k( O3 J
10. #include <sys/types.h>
    & n* ~! r% f; ?, o' Z! Q, f, a# U
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ) K! _% U5 Y7 y; P+ Q
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    2 Z( W3 a$ G9 a) ?6 b
15. 
    : i3 A3 t0 c+ ]4 [2 r: S% o; N
16. int main(){
    8 V( z+ z' w" d8 \+ |4 O
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    8 {( a' G9 @' _9 f; w
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    : K; b& Q# X+ _2 a. F! I( a2 @$ w
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
    ! S( w( a# g' g: t& h/ K2 A5 T4 ], N" X
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    . G' {* h5 s- f2 A! X2 _) I8 M
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    # b" E4 D" S& b" S7 X; f" M+ K
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    9 a0 z( ]! R/ B- X6 @. S
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）
    8 {& `. P: X& u- ^
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
      u( I4 K* R8 A
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    / w  n8 a% d  G+ n! \
39.   
    
40.   while(1){
    " p5 X5 E& }+ w$ G2 d' 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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    . @  b" c+ M/ K: V
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    2 O1 o( E; m- m5 T. c
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ( k3 E8 b2 E# y% b
52.   }
    0 R0 u* w5 Y+ d- c* R( b( ]* K+ a) K1 q
53. }

复制代码

+ n. Z  q/ H  r' g+ Z# ?; y  t

服务端：

1. #include <time.h>
     w, M9 m9 z$ u/ n% `
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
     @& I9 V' ~# |9 F
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ; h9 B+ B$ Z! E# h  `& F4 c
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ' q- a% o, K3 U) x, ^
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    / R5 E; J- I/ J( O
13. 
    2 k9 A+ e9 x' B, ^' h% ~; E5 y
14. int main(){
    2 x6 t4 g# ]6 [* Q( V( w* N: W3 n7 w
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.    
    . T" ]" r) ?( r4 a( R7 s
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
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));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    5 e+ q+ `' {. \
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.    
    # g$ l0 u/ W5 s/ N6 n
33.   //将套接字于端口号绑定
    6 `+ V/ j8 Z; W  |$ F$ u3 ~
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    7 O( q# O% M7 w& o0 D- @5 a
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    + G8 x, F. E% R
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ z0 ^: n- D7 y2 ?5 V0 b1 l
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    0 R3 G( A0 ^8 e
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    3 u0 Y7 d5 }) J
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. 
    
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;
    : c8 Q( z7 q# f' c: Y
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
    5 O# m/ F6 X3 F5 I1 w
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    9 z' V+ X3 \5 ]
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
    ! Z1 ^5 q% S% z. S* }
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    ; A- I) b+ E0 O2 C  r( w* p
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));
    4 C0 A) m& m" Y" X
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    & R6 \  _, t# f; N: M
71.           }else{
      W) m% [; s/ ?
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ( N2 Y: J( `* s8 _1 Z
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    & K& r2 u, [/ b4 b9 I8 j3 X* }
76.         }
    
77.       }
    7 p0 ^2 Q( M6 X8 Y
78.     }
    
79.   }
    2 Y. E* W" }. j/ d. p( i& ]
80. }

复制代码

! u. H2 n2 y7 S. b2 ?