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

% o( u8 @. d5 Z, t+ y

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）

# m# n, ~, r- P+ V$ ^* Z
, j3 o+ H0 p7 j4 a

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
% ^" `8 R/ U% `' V

       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

. ^$ l6 `, E6 H6 ?
, ~" M' \4 \, ^2 t3 X6 O4 m: {

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）

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）

, {4 K2 o+ r7 l% X8 Q
+ ^5 k. P6 s, B2 E: f. p, y2 j

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。

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>
   / ^, D; O# ~$ |% I
2. 
   , `# ^; k. N2 n. V
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

# A; Y6 Q. B( I& ]' U    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

. q7 g( e* i' a- H    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

" S+ C( |6 K1 k5 d+ B! c    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：

& i! [% r/ E! [$ W/ L. Q

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. 
   , {* E4 Y0 P7 Y7 i7 T. e
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）
   " \% A- h1 D( S  [/ M; a
4. 
   $ Z) c0 r. }# s, ~1 E; ^
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。

4 u& c& \5 c' G6 \& R% n   

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
   " J2 N. n( x- s/ P  [
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   + _% U# Y( A+ H$ {5 \. j
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. .....
   & y, d9 C7 {* d$ N
3. fd_set set;
   ( D  Z6 k" K1 n5 l7 Y2 @$ \5 n
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,
   
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
    6 V: b. S  w- f  t8 m
11. recv(s,...);
    
12. }
    
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. 
   ; }* p. Z8 k' E4 q7 j9 y2 l8 u  m
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   + u" H6 o( I; c% F4 C2 y7 p! x+ F
4. 
   5 T( N2 W0 q3 W# J: L! X; [
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   5 U) _  G/ X( G# d1 G
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

使用select函数的过程一般是：

& z. B$ A4 J9 F  L" Q    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# Y5 \) s# B% Y' w' U4 _

客户端：

1. #include <time.h>
   ( A" b2 k7 B0 i8 g! y0 p! }
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   " _7 t! M+ ^% w$ f, z
5. #include <unistd.h>
   6 H( ?" T- c. d& G
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    / m0 w7 {* g# e% G5 c8 R
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ; N; r3 X6 ?/ M0 f: q4 y/ C
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    4 [: R# E, H  a/ |! w1 |
17.   int sockfd;
    & R* z5 l' r$ U5 D% i% Z7 [
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    ! N/ i$ ^' e# ~
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! X1 s3 Y% @8 y% u$ z, C
23.   if(sockfd>=0)
    , q7 d9 w) O, ?: W+ D7 D
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);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ) i1 |5 u: w. r/ w/ \
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    ' q, z7 h8 s" N4 W
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）
    . C) n' Z! q! h* P$ o0 S1 [) n
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    : H7 B& \* t5 G7 j' J+ M5 T  k
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    / @: U* `3 E3 Z5 H6 O, ^
39.   
    ) a8 B/ \6 F+ M% \  f
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
    8 }  K+ _. {2 o7 P0 ^
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # F  k( O) P8 g' I$ H9 ]
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    3 }, ^! @4 ?3 L$ f! C
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    * I% v0 I9 D( }
45.       perror("ERROR");
    , `& I' ?1 K1 P/ H
46.    
    * v; }$ B6 j* C; e% R
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
      P% Q( b: t6 u9 s2 [  n) c0 A
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    3 N; ]5 T( g) l, z
53. }

复制代码

" k. j: {( h  E* B3 i$ c8 T

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   - D4 S5 _' A( b& {
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   & U- X4 e3 b1 @- l3 Z  @8 t. L; v
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   : c, c' U, h( E
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
      Q: N. Z( ^, x
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    % `$ ~) X2 X# y0 {/ z
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    4 p& S7 d& ^  n% W
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    - k& C1 {' g. ?, I9 O# x  n
18.   char msgbuffer[256];
    - r0 |! L4 c6 i& b0 h& o
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    0 G7 z7 K* j$ Y) W8 d& Z
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    : f: t* J- C" V/ _5 ~; `5 f0 h
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ) F. }! \) a: S1 q/ X! N% D: I
26. 
    5 y# B% `2 s/ p( y, \
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    4 ^+ _$ g- M2 y5 n2 i. v5 g3 E* S
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    3 {" X, `* h- x' T) P7 X
29.   addr.sin_family=AF_INET;
      c9 j7 M0 I6 }" A
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 G! d! a  f: V/ |0 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.    
    , g9 F# p5 n) D
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ( ^) G% y( y  f$ W" m; ]) w0 U
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    . `7 \' V1 |) d! o0 |4 {/ [
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    1 Q# Q' I% k" s+ J
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    % w; G! c# B/ o
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 ~% @" h& i& @, |; A* ?. o
43.     is_connected[fd]=0;
    " \: }, b: z% \' v1 Q
44. 
    7 U7 r) U* J9 Q; ~& s
45.   while(1){
    - x9 L1 v' n" U
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ; @2 h/ G" \5 N+ p* `( j) P
49.      
    1 p* h( z  j1 U+ t; |: i& I- I, C
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ( I' D: Q$ h/ s, {6 e
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;
    4 X7 P$ \7 p4 V3 B
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
    ' m1 E; _9 L9 k( ~: e  Z  ]0 A
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    - ^& c! _$ f) m3 C4 a
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);
    * A2 n, u& ~9 ^5 X
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){
    ( n& Z$ ^9 |% _
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; w+ m* m' o" q  `- ]
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    ; F- O2 J4 g& B0 }% f" n
72.              is_connected[fd]=0;
    5 r  q8 p8 o( N. N: [% M  f! G
73.              close(fd);
    : @/ ]- C& `: M# h2 C! I6 |  q
74.              printf("close connected\n");
    ' R# U: `  j5 g5 t+ q7 W
75.           }
    
76.         }
    : w% p7 f2 {5 q$ G& D) C# v
77.       }
    * i/ S# J. w& N5 X% S
78.     }
    
79.   }
    . {& x; U, T7 H' |( }* y7 B/ ]( K
80. }

复制代码

8 p0 ^* z# N, M/ `' x. y' J


. P' l. K. ]; W. l3 o  A7 f# t+ e