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

: C: k% H) C, a# K- Y+ T+ Z8 T

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。
! J8 Q# `- ^- {3 U0 g

     "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）
& H; N* T. u: ?/ O/ v9 w/ d8 b

2 X3 m  y& C3 z5 C1 c. T) l) ~

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

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）

1 @2 {% C) A0 c2 m! x
8 y* H/ C6 b0 O* w

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）

2 D9 q$ V# p# [0 t: ?3 ]) F

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。

# d; q& o6 J" t4 T) ?) ^6 F. k

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>
   
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。

4 P) e' n9 l" \    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）
   8 f$ U# I1 c, D
2. 
   # v4 n$ C8 Z. x* `' p( ~7 J
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）
   * Z, W' }2 W% w2 I- P  p
4. 
   % ^/ F6 D5 F% m8 @
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。

   

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
   ! F% C1 n6 B# k7 A& h* h
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. .....
   
3. fd_set set;
   6 F& N0 E7 F9 [5 x! a0 _
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
    4 C. Y0 K! t) c2 b. m: K. ]
11. recv(s,...);
    
12. }
    , F- m; Z/ b7 n" y+ j# `: [6 [; h
13. //do something here
    / h. P" l) M) a  r
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。
   7 F  |: ]- ~, `! @
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 t% Q8 s3 \  b
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   / K! f; A: ]6 u( {7 Q+ L
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：

7 Z& k9 A1 Y! y' A" ~8 N+ ^: ~    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。。。
) j, F% W) f7 N$ t3 r

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   . d, H* w; M/ j' u3 L) f8 K7 H5 {4 M
3. #include <stdlib.h>
   ' ]" d" B5 ]: R% y1 F
4. #include <string.h>
   + x' r- ^5 Y8 m
5. #include <unistd.h>
   ) ?% E$ Z6 c& t( a
6. #include <arpa/inet.h>
   - @( x6 k, u; g0 V3 e
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   - \& c# g/ \, K/ z# P; J& b( K+ J5 W' H
9. #include <sys/stat.h>
   ) }) J$ V) P7 b* G
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
    4 h* |, l1 x1 I& Z7 d/ B+ J
15. 
    : ], _$ {* Z* H! z! i
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    5 l  z- D- H2 @) C" u6 W. S
20.    
    9 h  h) s0 g6 i" s
21.   //创建套接字
    ; R" g' d% X6 M% `& k
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      f  g! k( O! _  M$ r: I
25. 
    " l# P' L& {$ E  _! m2 D5 \7 ?
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    , C7 f( R) z/ d. j2 ?
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);
    5 `" y0 R! t8 ?7 Q& {
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      Y% c+ k3 w' O
34.     printf("connect successfully\n");
    
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);
    $ }! v7 s0 |7 t0 N, s
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    " w4 X) v7 \7 N! N* d
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % @% e% F* X+ F2 m- P. ^0 [
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    * V, g+ v2 B# b0 l( L0 {) ?7 D
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    6 ]6 Z, S! ]$ i9 r3 w& N
45.       perror("ERROR");
    1 L, D6 ]$ {1 s4 ~
46.    
    ; Y- s4 K" f" g# W7 O& H% m& ]0 |& U
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    . i7 [+ s* F1 d8 [9 F
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    3 u1 K4 h" L8 k0 V/ `4 X1 r
52.   }
    " ?* o$ \) c5 D! T% x- c* I
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   0 D4 U# P2 h2 \, n
2. #include <stdio.h>
   1 d, I' @% Z; j5 z
3. #include <stdlib.h>
   6 z9 B8 i- g  @8 ]6 X4 I
4. #include <string.h>
   / p' i7 u) |. a
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   7 Y5 y% f3 b# t& x+ m
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   5 c+ p6 i6 _2 ~: V# o7 k
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    - W- F4 |* A( C. K
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    5 H' S, u5 a; O& I& x
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    - N9 G3 V2 K, C' U2 T
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    , R* J+ w* S& [
21.    
      _& B" [7 s) T  a* ^$ i
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    5 U- g4 Y( |3 y$ J( h
24.   if(sockfd>=0)
    ; Y. X4 |9 r$ e. m1 ?8 `
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    # Z1 [0 [- e/ C( X
26. 
    % H. p& q1 b' V: Q% J  h+ d
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;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 ^6 ^5 e6 _% z9 X
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
    3 i% z" W: f) R" \% I. w9 U( C
32.    
    ( V* G" T( w) R5 M6 |' S$ ^+ j
33.   //将套接字于端口号绑定
    5 s; R5 M+ t4 s( t5 j: D* V
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ( Z4 i) P; `' M  `
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    & I& I3 X1 w, M  Y; |8 R# i
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    & L" F' p6 ^% _1 E& U: B3 K9 X
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    ( Z) l$ }% ^+ C! z2 }
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    % f% q6 T) R: C# b
43.     is_connected[fd]=0;
    5 x1 r0 Q' k: U/ N+ |
44. 
    0 A, N& ]" p. i5 x) {! }2 S$ U" `
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    . o7 \' K* T" j5 j: B& D( i
47.     FD_ZERO(&fds);
    8 ~9 u. ~% b9 \8 `9 c8 X7 V( @! ^
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    , v1 @9 P0 Z8 f; v6 @
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    + Y) F8 e$ U8 |6 I" W
53.         FD_SET(fd,&fds);
    $ i0 q( o& e+ C  `. @" m. u
54. 
    " D; t$ ?6 V* L2 u7 o
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))
    : l7 ]' h: f- V% U. d4 p- q
57.       continue;
    % o$ d: l2 T; Y( [; Q" 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
    # `' q4 |: u, Y. w" W
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    ' x; D, N% r. v5 L: W
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
      y; L5 Y* N8 @
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    9 z8 ?; d+ |, y( I
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
    7 o4 P! l6 }+ J, j& c4 O
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    $ \0 J) f# W$ k8 A* f/ q6 K
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    " {7 X4 a% O3 G: Q5 W7 y: w/ l
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    / G5 v, ^" T7 }/ _
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    9 g) m$ d( Z8 S+ I" @
79.   }
    5 \8 }5 M2 m, q! P7 e
80. }

复制代码

' `8 F8 H) T8 v5 |
- n0 o0 n: u% O& z' T0 R
- U, @! T% b" ?+ M! I
' ^0 B2 n7 `& m$ s# h& d. @; l