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）
8 X3 p; |8 t5 _% F

+ s% j6 o/ b' u) K' v

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
, }& J! Q9 }; o

       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

3 X9 I. }- E" I0 h: E; R1 U

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）

' r- B0 E, S, O- X5 T
% R/ Y. u) ~* Y

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）

1 o4 \  @1 ]( i' X

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。

% L" v  M/ y. V8 O, w6 X5 L
) e7 m! L) l# W& q: K0 o% D9 q. X

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# h0 z5 Y  B; U* i; H
2. 
   3 E7 L: ^: `* S9 D
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

" B2 m) y2 S( y1 q3 H    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

* y' c  O4 }" }0 z' \' u    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。

1 L; l4 }1 Q2 p: @( I2 P" N    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：
6 j, ]  h" n. L, l; _

: X! a& f5 d8 T0 }4 d

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）
   7 C9 e1 M  I% L8 w6 U
2. 
   : |' i4 p) i: \5 L3 r3 M
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）
   " u7 B& u" v: J; Q5 v& H
4. 
   $ ^7 M/ X* ?* f3 q# c, l
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。

   
2 i; a% s9 x/ f, g

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 }2 K" s7 e9 d" d6 k( P5 c& j, j& K
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   9 R# N% U% e1 e4 U2 R/ e
6. 
   . H9 |5 [# l* F: G0 d  `. @( j
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. .....
   8 t4 v& z: y! u. c5 v
3. fd_set set;
   / y( h+ ]" |7 t) }1 `
4. while(1){
   ) s, a+ \0 J7 T: [. r! d" L; S) _
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   , r' ~7 z6 r7 z$ s$ }' E
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
   - M% g) U: M) H1 m% [
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 s" T0 J+ v1 H: f$ H* n  q. l
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   & e0 R! R( g) J9 v- y. d/ G
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ! e0 F" _  ]7 I. J7 z4 y  x$ \# O0 u
11. recv(s,...);
    ! N9 e' q9 g: V8 }, J
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. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   0 F7 i1 r; |8 P
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   + O6 h7 T. }- P5 k' j
6. 
   5 |/ w9 H4 T! @4 _) g* c
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

% c' @$ A# r7 ^3 |: @, q- `# M# i

使用select函数的过程一般是：

' t* C# d6 l1 m* T7 m    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。。。

' @) y: x  j( f

客户端：

1. #include <time.h>
   ( d9 A3 P% }1 s  ~9 b, j7 W$ |; `+ \% R
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ! s8 P8 \, y5 ?/ f
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   4 D9 N% N9 I; b$ D; W
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    * A; x/ L$ B; l# d  r
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    0 I& _# U% g# p( ^
15. 
    2 c) ~- F1 Q  N5 v, t. x
16. int main(){
    7 z$ }4 q% @! G/ P
17.   int sockfd;
    2 y  N5 v, G# J/ S& O: m/ a& J% ]
18.   struct sockaddr_in addr;
    4 E3 s1 J2 m! ?/ e' @9 w4 V" z  Z
19.   char msgbuffer[256];
    9 a7 I; P& t: {6 e
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & P; M( t; I4 A8 d' f
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    & B3 F  m7 B$ H4 t9 j9 \( l5 H$ ^
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    0 g6 \  v+ k) d" O( ^
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    # i1 E' J% u, k6 |" n
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    + N3 G, [8 t* K: ]# |, y; v  q
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    3 S4 r/ c& {9 u7 {. _  V, o
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! k# b$ V) L2 i. J* D3 G
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    7 \8 @4 }9 s! M8 p9 W
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 p9 A5 w/ `  F, g9 F9 }1 A
34.     printf("connect successfully\n");
    ; m! @) H2 X3 @4 u6 K# p2 J! f
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）
      C! o5 y' U5 ?, [, a/ e2 K! m- |
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    5 [0 M) J5 n' ?* F( ]1 r4 ?
39.   
    * v# o1 x7 R5 q
40.   while(1){
    / r2 @* N' d) o5 z. `0 S  D
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
    $ }1 u& t  t: I$ Z2 b
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + s2 l3 U: v7 v
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , |' J: O* y8 S/ [1 z
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    . l' [" `( ?/ q+ |) e  H% g, w1 b
46.    
    , V& W/ N! J! X' a
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ S- v) N2 M: @3 d; e( w
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    % q' G+ _$ l* y2 f: F
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   ( z$ l, x& d7 d
2. #include <stdio.h>
   ! R7 q! f. h+ z; x& A3 u$ ?
3. #include <stdlib.h>
   - w) M. Z2 f( s4 k+ n' x( u& e
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 g# }! n4 s4 X, }$ z' }+ u
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   / h4 s9 d- A# }8 l: N( E
8. #include <sys/types.h>
   4 {0 e' Q+ c2 Q; k5 y
9. #include <sys/socket.h>
   1 k% J/ ^" G) Q$ v  m$ t
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    5 @* U9 z. P6 M$ f
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;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    8 C6 [; p8 ^; Z* W- i5 @- H
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ! u" c2 U. C& [; G1 v4 v
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ( P- m  N8 U: O5 J  R0 X
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    - b) {' Y9 M$ z$ l
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    7 E4 c% c% }$ S) t8 D9 b! z4 Y$ o
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    8 e. ]* g4 L# X
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    / d3 u* i# x' C
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    " \$ ^" t: I; p1 G7 A6 ^3 |0 {
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    / O5 w: d" y% D) t4 |5 W4 q3 j
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    6 H# ?4 J, b. y" B0 I
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    1 w3 C( [2 n6 Z9 K
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    ( `8 T3 I+ Y- b4 z  ~- |
41.   //默认所有fd没有被打开
    & t. F4 u# [! m3 q8 \
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ! w3 ]8 i+ I6 V; A2 H( Z9 q
44. 
    
45.   while(1){
    % G0 D. S& \' S4 g: @. ?
46.     //将服务端套接字加入集合中
    - p7 v  C% T: ]7 q2 D" }+ ~% u
47.     FD_ZERO(&fds);
    " |% P8 g1 r. v4 M6 h# b4 l& s
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    5 o0 `' \5 U. Z! }' M; Q
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    9 Z1 n$ i. x: s/ U" I+ X4 `2 [, F
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    2 G" k) T: W. q3 d! l- Y
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
    / H; E; ^# F& g; N2 [+ o4 \
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    - l6 V! z3 L: \0 A- i3 J
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    # _/ X1 x' a2 p0 Y& g; Q: j( m( c+ p
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    2 U. M5 k8 e8 m
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
    " Y4 r$ T8 R( m# W% E1 Q/ N0 m
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){
    9 d1 H* W* N3 c+ g7 G
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    . {) w, M- U0 Q! n. u4 l5 ?! h
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    0 A$ I( o9 S' V* J3 U1 ?5 m1 e' R' I
72.              is_connected[fd]=0;
    & V1 F' _* d: ?& T, M
73.              close(fd);
    5 o1 z* q6 U4 W, I: Q+ ?+ b( C8 X
74.              printf("close connected\n");
    4 K- m4 E( y1 Q* y
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    - ^& n8 l* v# z( }/ v! X
79.   }
    ! v7 h; V5 R4 Y, `9 |& x7 [# ^9 M/ H
80. }

复制代码

$ R: k, x/ }' l9 \

+ t: b; j# m: Z" {6 M. b