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。
# _" {; E9 C4 X

     "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）
2 T+ ?6 i5 Q6 u5 Y) E

' I0 u4 D+ Z* q3 \+ Q
3 y% f' ?& {% G6 _

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
/ G, Z5 n7 q" e. E" |& \: B* L+ s

       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

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）

& X: w8 G! u. r+ F! f" [

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）

) m/ z, m4 N8 o7 @* m: @* U
: u, b8 \( i' y3 Y

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。

, Z! R# \. \+ I: ~+ B; |
$ R- d: ~& W3 b

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>
   3 {; `4 c3 O. ]5 w0 B
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

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    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。

" |6 ?) O/ M* ]' k9 _2 D. Q; z    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：

: r) f9 k' d  d5 _: }

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. 
   * j6 C6 F* \- j# u: H
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. 
   ( {7 s8 p( s) K
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。

   
5 m. V' v$ z) T; e2 S% b1 I! U

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
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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. .....
   $ }% x$ Y; ^/ o6 D8 u
3. fd_set set;
   1 q  t$ v/ u1 ]3 A
4. while(1){
   2 D- H5 I) [- y$ m9 m) b0 J
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   & N0 d6 E7 x; R
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
   + p8 r# Y- d8 ]8 q3 ~  @: |  O# @
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ( B- J# I' Q  g: p9 Y7 v) f% N4 O
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
   : t6 W3 y$ H5 f( c
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    0 x/ `# a2 F( O) c0 p
12. }
    2 g: w% I$ f: F( [0 O# H4 f3 o
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。
   6 n+ b1 R/ E) F3 u# {$ e
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. 
   " ]" U! }0 R  x* e" J4 m8 k  d9 o
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   7 n7 D+ j4 Q& u; C3 o
6. 
   - K) c+ s5 J  g0 {. d: Z
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   : w: ^* Q) M0 ]& ]% W- j
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

3 C3 s1 k3 d3 Z! C* u

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>
   ' ?' A3 U# U" ^9 h; V( `# a
2. #include <stdio.h>
   9 m2 D6 l# D# a: B0 ?% l
3. #include <stdlib.h>
   " K. o4 L0 _3 U+ o" [6 r
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   1 k8 g  l. c0 q& ?  I4 B: i
6. #include <arpa/inet.h>
   4 K+ Y; w, D% t9 T1 z
7. #include <netinet/in.h>
   - h5 X$ J, N( r- B
8. #include <fcntl.h>
   : }4 l/ |% o+ G8 J! ?2 Y! ~7 W
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    % V0 H* w4 j$ }% V
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ; O0 ?6 s! O# g/ O! D
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    2 |& d# m/ J" q* B
16. int main(){
    0 c3 r' z% B3 q" L5 k0 u4 G+ r
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    # B; S' g4 F2 W1 T% g
20.    
    3 E% t) q: D. s) w' a
21.   //创建套接字
    % F( E4 J& a  J+ N
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ' X$ K" e$ L) Q4 q# `0 q4 Y: [
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ) U" B) o+ T7 ~$ V7 p  j
25. 
    : k4 E. J! s8 B5 w/ m, W" G$ p
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    7 n: E  _! v3 {
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)
    , @- J/ ?6 O* a4 s2 e% [  d. b
34.     printf("connect successfully\n");
    & s, b4 k) f$ Q
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）
    . G' o$ j7 T0 u3 J% x0 M" u7 F8 N) ]
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    9 e' G. }3 ~  v' h; }# u, H
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)
    " I& Q$ J; Q" s1 O, l' G* ~: d
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    2 `3 `) I, z8 |
50.    
      E" K+ n+ [$ ^$ l0 n9 b
51.     usleep(500000);
    1 b1 A) o( A2 A+ K; M
52.   }
    6 S6 o- s$ n" \( o7 m( A- m# x0 @) Y
53. }

复制代码

4 @4 Y1 |& t( C  ~  K. S

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   8 ^1 Z, E' s9 r/ p" A
3. #include <stdlib.h>
   3 e' T2 R- V5 m& m/ J4 X9 P
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   $ h& N) U* u5 p. X- [
6. #include <arpa/inet.h>
   % @$ ^& G* m& v& A, v# y
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    $ z0 E# t4 J% W" I6 F1 |
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    2 G4 _' |2 B  }$ p
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    & Y+ {, x( c8 R$ y: v: @7 E" L
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);
    % ^- L5 N5 U' S" J' F
18.   char msgbuffer[256];
    4 l4 w# |) u% c7 _, @6 x
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    3 j, C: K, L! i+ Q
22.   //创建套接字
    ; X% L4 b& [8 G, }6 m
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    # u  \+ o+ l9 A5 e) k/ C
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;
    " Z# Z' k2 i& T2 m3 b
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
      }( G0 V' {- l0 A7 o! e
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
    0 x2 I9 i8 t  x$ \  i# z
32.    
    8 ?6 V3 p+ j+ [) o
33.   //将套接字于端口号绑定
    6 ^2 L2 p" h0 r2 s* r- g5 y
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    9 N6 i! |0 K# z& P+ t
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    8 M! Y: q& G) N& K$ L
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    3 x; [) z( G; {, h6 I* V. o) f5 ^
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    5 O8 e0 \1 e4 k0 r
41.   //默认所有fd没有被打开
    3 O& i6 M$ U' @" ~" M' ]
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    . f3 k3 _! X  Y, a3 o
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ! N9 Q2 m/ ^* W- W2 c
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    # k' F& s- s2 N5 o6 B) |
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    - O  Y* I5 j; [! k  c$ g
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
    * w, L- L' J5 }; p6 A: z
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    . S" X& x" O) R8 i" i6 o
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    * J; ~) I4 t- d
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    1 L) g3 Z: S6 d$ j2 v5 s
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    " T6 ~/ A8 |* n' o$ b
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    . k- A* h/ I  a% H. M) z7 }" x6 Z
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    9 `7 D) a8 e2 D( u1 |
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));
    7 V) x0 d5 m4 r2 W/ x* G( K- }
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 f/ Q3 B, Q; V0 _! s
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    . L5 N" Q0 d' w% S; V
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    3 L% b6 j/ c2 x) g! J3 a
72.              is_connected[fd]=0;
    : W$ G6 N5 @: K: _
73.              close(fd);
    , o* G- i% I, D$ T2 N1 i1 h0 X
74.              printf("close connected\n");
    + o9 [, n4 y3 S
75.           }
    9 a$ _# g/ r# ]" l2 H' u. x/ j
76.         }
    
77.       }
    / ]9 A' D/ B# L7 [. B
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

/ j8 S+ Q/ K! v' B0 E

. x4 P4 q* E' D( W! K0 r% `