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

+ v7 F/ p! J7 M: }9 G" m5 }# M6 G' @

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。
* V) E7 \5 j, [* d, G6 E4 w

     "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: k7 t8 M. D/ t6 B9 ~

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

. O" M1 E/ y6 G9 ?- v2 s
9 t+ e" Q  J' U0 q

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）

* P4 J- a/ G& a0 v  g1 [

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）

3 `2 N1 B4 P+ j6 q' a6 s
7 c! ]* @! t/ @& ^
, P  u1 c# x+ X7 m

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。

7 ^4 u; N0 f" 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>
   " O+ G, v( w! y5 K) }+ L
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

4 V$ U9 h/ d# J    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

9 [' m- v; @' k% e, y: a    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 k- N- I% w! V: ~  l
    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）
   * c# n8 r' W! g) B' W. ]' K
2. 
   2 W8 B. ]$ R7 F  W. M% F& d" {- z/ |' s# s
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）
   7 u6 G4 |6 n2 A
4. 
   . i6 M! A" O& C, p6 t/ f6 I
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。

9 P8 ~; C1 k4 H1 P   

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.    
   ) H; Y* Z' X: @: R, i
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   + b, Q& Q- {/ S7 y6 ^
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ( B4 k' V) p1 K1 M+ L: M
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. .....
   8 P/ R% S5 H9 j" O0 ~* c
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ( {# {; u4 W9 s
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
   , c% [# U. i  y+ D* C0 V* N! S- 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
    
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。
   0 b% s; ?& i1 ^
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ) n) ]; ^2 ]7 e; U# o$ B( S# _
4. 
   8 P3 H3 |$ x4 y( m, f3 R% h
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   * o$ t7 X+ d4 ~1 d) ?
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   % l. t- y3 `' s
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

( z9 [6 J8 X4 s' |5 K1 t# y

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>
   
2. #include <stdio.h>
   ! |+ O) l0 J3 S* K
3. #include <stdlib.h>
   0 Y( f. q5 k3 }1 W
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   # W8 p7 W& P. c' a' ]8 O8 f
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. 
    . J. X9 B! w2 U! L: ]+ a1 ]
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ) A# d. e; q; Z, |
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    * w% x. y2 c# F9 A7 P2 I- O$ P4 `3 c( d
16. int main(){
    7 ^$ ^, W, H6 `  C2 E0 A7 |9 a
17.   int sockfd;
    ; d" ~+ j, t, ^( Y
18.   struct sockaddr_in addr;
    4 o7 z0 o6 B% H& h3 x1 {
19.   char msgbuffer[256];
    3 m9 X/ \, {! l* o5 x
20.    
    
21.   //创建套接字
    9 H* |& C1 _. z2 }6 X1 x, p: ?/ x4 `
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ( k8 I- O7 g0 g- C5 v6 r# c
23.   if(sockfd>=0)
    - w! Q8 V- B& v
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ; b, g! m' s3 m5 f4 d
25. 
    4 n) |8 A* v9 @; A
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));
    1 c$ C4 a* P' M0 p
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ( |4 l# {, y% H+ h6 y% P( x8 \- z
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    - U- {& ^* _: e  i7 ^
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    % Z* L* w$ U7 j, @1 B, z* r
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    & N: n+ I2 _8 |' Y: R+ u2 @) h7 r
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    : x" z$ K) j; b- @: K* x+ @
35.    
    9 Y3 i8 t0 X) U8 j4 x
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）
    ; N! F$ c" t3 \* p$ {% O3 b
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    3 z( Y  V7 `/ Q) d
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ; R0 C3 d. t* m% `7 R* Q
39.   
    7 E& h, T6 _" E# e) A4 T6 K
40.   while(1){
    - b# W, S% l1 O7 p" \1 F, j
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
    9 v/ ~9 Z- a2 f( b9 ]
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , Q( n, H" C' F8 t2 ^  R
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    4 B) e" {5 A6 c7 |7 m. k
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    # v$ ]! c& p% c. Q& b* q
50.    
    0 R+ h+ g$ }5 A5 t: J- D' M
51.     usleep(500000);
    3 p; f( q2 E" c2 D3 Z& E
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ) ^  Q, H& \1 j" R  U6 V
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   + g* a4 f/ a5 {
5. #include <unistd.h>
   : s5 h( ]; A& f/ a1 W
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ! J) N- L8 ?# q" ?5 L
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    + z+ w9 i2 J% H9 H' \0 `1 }6 q
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    . N: _5 o6 J+ R& r
14. int main(){
    7 k( Z9 d) \+ |. j& F3 q
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    1 X: q- p# |/ P4 f: O
16.   struct sockaddr_in addr;
    6 y, i5 O" O8 M  [$ S
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    & ]$ ?7 l( g" `
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ! Z2 {7 Y5 z+ n7 L0 w$ E$ B* W
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    4 G0 V5 h* k  e0 Y$ f& B; W0 q- Z
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
      `: v, [4 m4 c/ i
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    " Z, V$ x* a0 N) f5 ^" p$ J$ \2 T
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 O, F3 t+ U4 h+ U+ i( u, e
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ' n6 R. q% L! ?" P5 g
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
    7 K) y2 ]8 P/ Y7 E5 G2 K
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    . ~' B1 a9 n% X, S5 R" x
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    8 _3 q* i  k! h9 `1 y* H) G
36. 
    % N* O# K6 t( V% v" y7 d2 o2 A% C4 T
37.   //开启端口监听
    # i" R+ @: p; M/ l3 r
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    ( \- Q& U) d5 W4 n7 [+ S
40. 
    4 }+ T, x: V. |
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ( s! Q) a2 M7 X; n* k+ U' l
44. 
    
45.   while(1){
    ) @% P- Q0 x( G; t& J6 N. U
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    . E4 G8 i9 M4 r  K3 K5 L: R
49.      
    ( z& a& N# ~# U, T+ J
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    3 g1 Y( l6 N3 L( a
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    8 R1 d$ h3 U3 R3 }0 `) T4 o
52.       if(is_connected[fd])
    3 s0 S  Q# _$ N; y" w) W8 S
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;
    
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
    0 e+ l5 T4 c0 i- @, a4 \+ Z
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    " P/ f& z% j9 z8 N
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
    
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
    ! Q7 i9 K; D# Q9 ^
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    , {% E" }# t7 ?0 j
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    . w* ?; P8 i0 |& o- s
74.              printf("close connected\n");
    - X; k2 o1 k- F0 }7 }7 w
75.           }
    - F, n) q- D" _+ ]
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    5 z+ v  T6 r9 J( N
79.   }
    . ^7 j( g) q7 ]3 D
80. }

复制代码

' N, t& f- m0 u* {" N
9 U- y5 t; d/ P: Z' F& _
$ W& I0 J1 i7 G

: R% K. H5 C. ~( R
3 |0 M3 \6 k: D! o$ t6 R4 e