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。
! {1 o; z) v8 ^, _2 l

     "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）
! ^( a1 j4 x$ C' r6 Z! r( o1 s

; d/ y3 n5 p( ?' |) {) s

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

) ~: T! L4 w3 b  ]  N, n

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）

: C2 S1 d4 R1 B1 r

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>
   4 k0 I$ Y+ P! }( |
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

; u4 z: \9 `& N* O7 K  ]( U    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

/ P" I5 l2 f! |, H: f- \- C    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)

- K$ R! V. A$ _, Z9 h4 N. L# j" S3 h    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。
" a  f- _9 q  z; v" J
: G8 K/ s- T0 O+ f% Q5 j    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：

% @# d' q" c  y" [" `, l

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）
   & w4 C1 J! x. i9 W! u6 `
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）
   ) C: F& k- J4 l4 D' Y0 R1 k
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。
5 C; d7 k6 d* I5 `* I. V
   

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
   3 X1 x8 X  c4 D9 s* s; {0 @  [+ ?
2.    
   : b6 n9 m8 `$ f4 T( K
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   . Z. \+ N( I, c5 W$ X6 O
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;
   9 R7 {$ E, M9 ]. q: a$ [+ e  }
2. .....
   1 W1 X9 Y, _+ n* d: |! X( y/ B
3. fd_set set;
   9 T7 X3 D" s) i8 h# K
4. while(1){
   8 F: I0 _5 h: }) n. {, N6 R* `- U
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   8 ?3 y# ~; b  _
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
   3 J3 [2 ~' T( s( a( M( H; x* Z
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
    * }8 g3 U0 X$ |4 {5 g7 O1 r0 i5 v
11. recv(s,...);
    
12. }
    9 u8 ]# C: x5 U
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。
   " Q8 b/ \7 j" c* h+ O
2. 
   ' }8 ^5 q1 `- ^) f" F$ ~( P( w
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ( m' S* P( x' ]. z( K5 p
4. 
   " u" q, u4 _0 ^% W" }
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. 
   
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

) {! K" n7 o. j6 [; ~3 c& {

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。。。
  G) k( [; R; Y  j, n  u  z

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   / i- T0 `3 w- a9 z6 |) ]
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   . |& N' t# S2 ~' |0 c. j7 k+ W
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   % d/ I/ l0 c0 `/ g
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ) {) L- c* t' Y( B, o( N: N9 ^
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
      x( p6 e* f+ j7 {7 u. c
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    1 f# V3 L+ _2 p6 |+ ~  n
15. 
    
16. int main(){
    6 I6 Q4 F7 f: S$ H
17.   int sockfd;
    ; K& G1 Q5 t& W9 M; w2 L" Q
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ! U( g9 p: U0 c' |/ M5 S9 D
20.    
    
21.   //创建套接字
    8 v* o' `8 X8 B' J8 d5 l, i" O# X
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ( e- R& q3 D3 }9 ]% {& ]. v
23.   if(sockfd>=0)
    ! f' @9 E( x4 X+ `% T# k0 t; o
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    3 f9 c3 i6 [  O6 U/ U! R! \
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    / M% j/ M2 Z5 u& K" J4 M( I
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    $ R; c, b) x7 F9 T$ c' u/ l
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    . Z1 q8 }3 D  d2 g
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    ! n8 [8 r/ |8 ~! L' a
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    ' n( P" H8 Q9 @8 P" l
35.    
    , E3 t( l& F8 A. G
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）
    . x* B( `& I  B- g
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ( v0 y' G! m2 g) v
39.   
    0 Q, O4 V" J+ I/ j! c8 D2 V
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));
    2 D5 P8 A) U/ _7 }$ O' A# _+ }& P
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 }" ]/ ]% N8 w' r2 ^( J
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    : X5 |3 Z, o: e/ @+ V
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    - k$ Z6 |( c% W! t
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    * P. H4 }: T: ]7 X
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   6 L, i: M9 b1 J# {: W* u8 e
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ; c: u3 j) A# @  I/ ?! K7 O
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   9 Z( V, P. J8 H) ~3 \5 C
7. #include <netinet/in.h>
   $ k" V; G) f& S( q5 u  Z
8. #include <sys/types.h>
   ! I, d$ c: _$ V
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    6 F# S# N" p5 x2 ^
13. 
    ! {8 M; b" Q& l# m( i8 T( }
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    2 L3 c) D  k1 ?+ T: W5 l& z# k
18.   char msgbuffer[256];
    6 h0 G: \" u5 L, `
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ' B- s: y7 r: g' e6 p$ ?
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    5 K& O; ^; ?) A7 M8 j& c
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    % }: d6 v7 f* Q+ w. N, t2 k3 o
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ; r& \  l; H5 s6 v6 c9 \
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    6 }" h$ ~" ^  q# ]& f; ^# h
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 K7 T4 g) x/ I2 X1 X
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    1 h7 X" E# a( O7 X, {& |8 \
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
    ' v3 l* V8 F, |) G
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    / `* h2 B' s) o7 `- O- n
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ! c4 n& h; z9 k: l7 F
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    9 t* E! l+ u1 M$ x- ~2 I8 i1 f
39.     printf("begin listenning...\n");
    7 S, \/ u: C. o: w# ?: B
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ) ?; \& E  _0 `( F) p7 G
44. 
    ; u4 c" C* m8 h9 p% Z! x% z; i% y
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    2 k* o, p- M% R& W: ^
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    ( P- C8 T- g. e' ]& T9 L5 S
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])
    ' _! r8 q) t# C2 b
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
    ! G" C" E5 ?- b! P" C8 S+ B- m
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ; L& {, c6 g- Q) ~3 {( C, H: t
57.       continue;
    
58. 
    . r! n( w1 b$ _1 {1 u- G7 }5 M9 Q$ W
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    . C. q% e7 [# M  f6 j3 j
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    3 o" {3 f- U1 O% i4 d' F1 ?
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
    / A+ R! k$ f* D2 J9 W! H$ ~
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    ; z, u9 p  S: m& z9 T
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    : J0 }' s5 {% V6 w- ?2 E
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
    # K) i& S5 f& t* L7 a
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    1 X+ L$ S* g9 e
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
    5 F  M$ h4 y5 X* @2 E
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    % D4 Z6 ~' m$ U# S
71.           }else{
    / Z# U& p' B1 z( z7 ~* X# x" T
72.              is_connected[fd]=0;
    1 w: q+ O8 H6 d9 r
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    * r: B, u8 |# D2 F) `5 s
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    ( N6 X% j3 x$ J
80. }

复制代码

. Q# [+ g/ B/ |
( I2 ^) g4 R# D3 s, y

# g* `$ G3 Y, ]+ b' y4 V% G- d
$ `- Z. c. v. t6 n0 j4 a