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。
4 l5 s2 C/ O( c, d7 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）

! X$ m- @& E! S' R8 @3 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
' ]- ~! ]9 g) F  |: `

       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

  \8 i4 y2 q5 Q& p7 P8 B0 Y
, ^' ~% Z0 S) e3 k$ r

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）

5 N) q  K- ]4 J  X

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）

& W* U7 ]9 a0 j. E

" x; N  y4 b. t+ ]  T, h- u, o

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。

$ j, e/ `+ N# [; A# [) v

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. 
   " N9 h( X3 {6 ^( _  x6 p. G
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

6 r# Q/ V7 x! r8 |. Q. Z    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

/ z6 H; v8 T  c2 M% t' U& u2 p    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

( P6 s5 l$ q! M) l: D% V5 h    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）
     I3 ~$ [& |& B# h  O& m
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）
   + K. @+ k* I" H7 w* i8 s" s8 y
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。

   
" q. l: y5 Y( P( }8 s! Q2 V0 j

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. 
   " C9 @; Y+ E- T+ H( B
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;
   " n& d% \5 H0 m
2. .....
   
3. fd_set set;
   3 c4 I, g  M" w: W
4. while(1){
   & B, N# m5 B" d* u( A
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   , b% B# {4 m0 D9 E" Y2 J
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
   $ q& |7 D: G; h3 U
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ; f, f8 g( t) C! S1 `" I& X) c1 W
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   $ n# ?# z5 R0 k4 ]
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
    % d7 W  D8 [* F( ?
11. recv(s,...);
    
12. }
    + c8 k1 b' `; l$ j: [9 S+ J+ a
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。
   ! \! r- g1 w7 Y' \
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ' ?0 P- d$ ^! V+ o
4. 
   % K. A& N9 Q- U% k3 j
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   1 a/ K; a# W, S( f
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   * ?5 j8 M7 F( a* N4 {+ N& L
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

% O, v" W& u2 y9 l5 P2 T! h! s

使用select函数的过程一般是：

2 ?2 k9 n9 ~$ `/ ~; }* l    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。。。
; U6 A; E9 N% ~3 t! G  Q$ |

. t/ S. O3 O! T

客户端：

1. #include <time.h>
   3 S. b* B9 _( n% L9 K- k% c/ E
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   8 m7 R* H: W$ ]2 `! G
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   % [5 u* \9 r1 A# {
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    + {9 J2 q" Q, j- U. Y& t5 U
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
    2 M$ g- |# v2 l' ^; V' @* F
15. 
    - v7 t* {) N# R% ?! G
16. int main(){
    * {0 u9 P2 b7 i4 x  p/ K- G  G; u& `
17.   int sockfd;
      _- m1 `5 r1 U2 R
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    4 j: X( M6 j) O4 J: B. C
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ! F6 N" q$ ]: ^) L
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    4 X1 D! D! i7 t5 n$ y1 F
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " g/ M% t, @6 J$ r4 t7 ], x' b) Y8 o
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    . l- c" n3 e5 H; X4 x* n2 `! W
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    : r- Z5 j9 F3 t; m1 C0 p4 ~7 \# V
31.   
    % d! }, H& k- k" I
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    : v; S5 s* A1 @. n, i8 l1 ?6 R
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    6 e6 x# r6 c: [: r' Q  l) Y" M
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);
    ; J# X/ L) |1 r6 L. n( j. T* g! K
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    % t3 X" }/ K1 x
40.   while(1){
    ; B: U! j: [/ g5 `
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
    6 s+ u; s0 x' t
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    4 P7 e7 D1 S0 i+ H! J9 _$ q# v
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    + \$ n& I4 `' l7 q
50.    
      v* Z7 T4 ?- y
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

+ k( y3 e# K$ i& f
+ j( h& q" I, ?% J; R

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   % b- r/ L( Q6 x' y; `% t
4. #include <string.h>
   7 G& R" K% Y. s) w8 H9 F; [6 m
5. #include <unistd.h>
   # D0 Z# T' d8 ]: D
6. #include <arpa/inet.h>
   6 S) K- y/ s8 \
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
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
    
13. 
    . `2 h+ S6 e7 e9 W+ \  I
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    " d7 L# ^& w* t) y. b! V
18.   char msgbuffer[256];
    2 T4 n7 f9 n' j4 N) N
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    $ Z7 w7 D4 M" k1 F7 N
20.   fd_set fds;
    + S! _6 y3 ?$ K/ Z8 s5 W
21.    
    
22.   //创建套接字
    9 `4 _, r4 g' l. t
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    * A6 x& |" O* e( a
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    9 G2 O- D# g1 G6 |& T8 k
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    + ~7 `: T* ]5 ?
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
    # }- V: L4 {* C( z
32.    
    % m; n) O* j6 |6 |0 u) n
33.   //将套接字于端口号绑定
    ' m2 D$ C9 I! L3 W+ m
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    : a( a. Y0 a3 s: m0 [/ X
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    - s  D2 f+ h1 D' e+ D: B
37.   //开启端口监听
    / U6 Q7 @0 ?1 z: T! L( A
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    3 R7 e8 I- t" e
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ( I+ E; A7 p( H( P+ Z0 O( o
49.      
    ; d6 ?3 p* j2 U: P
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & Y+ F' a5 _8 h( ]' ]8 v5 r
52.       if(is_connected[fd])
    9 @; t( h" x8 s5 p) R
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    3 V' Z' X! ]3 I8 P6 O2 m- _+ |
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
    6 S/ b  Q3 F3 w/ F( d: L& d
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    6 g5 X4 {7 y: r# g! s' G
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++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ! a9 z5 |) }* X- L1 e
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
    / w' ]" ?9 H# @
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
    " V: g1 M, u. k+ E0 s+ `
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    / z( v) E+ E  Y0 |5 ]6 h) I
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    . g* D5 z3 L" u1 j. u, _0 t( A
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    0 ^; |8 L& ?8 @
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    1 W* L7 y: g" G
74.              printf("close connected\n");
    ' T7 k# i" Z1 Y
75.           }
    - s/ m5 N+ `: I# A
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    : y' V/ K/ N/ q4 i6 b' }5 z3 R
79.   }
    ) |1 e* B/ j" F3 b
80. }

复制代码

/ _7 x6 p3 i$ B
" R$ b* `6 [5 F  [9 G' J
% O  l$ ^) N+ h, n3 O% w+ i9 C
2 R/ b2 _$ _' }: X) c

" y6 X0 P) ^% h% M