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。
' b" z* M9 B$ ]% r. ?( ^/ I3 b

     "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）

% u5 ~/ ~1 |; \4 d  a

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

3 y* m! ]$ L1 i- r# g
7 z  f4 [7 T" 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）

6 s8 X  R7 I( g% r5 c0 s

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）

' v3 h5 T! s' I0 w0 L! S, A
6 E' y3 d2 Z' T

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。

& F! j, i- r+ O& N" F! y0 H2 u

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>
   ' ^. }% U" S2 C6 E+ U
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。

. R5 h$ ?: y2 T5 a% F8 X6 }) l    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

7 x, Z3 M& j+ l) a1 [( \    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)

  r) |8 T  c; X* f# i    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。
% k$ d" Z; {5 F/ ~( k5 l" T) W5 E; @* g
    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：

2 ^3 U) }7 ?- w$ O

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. 
   
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. 
   & o( H" Y. x* l3 q- D7 g8 e; d
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。
: \7 R3 z) K. G$ B
% p6 U' Q1 r" h5 A1 A   

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
   / G0 `7 ^9 Y, U8 N6 n4 E# h
2.    
   + p9 }2 {) E" R1 R7 _
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   4 u! F( ]3 {2 Y: i3 B9 k( y
4. 
   ) I& A% j. {; V1 U6 a3 C4 ?
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ! h8 _, R4 P7 s2 W
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. .....
   # C6 u7 C' _; n4 ?& M1 r6 n# L
3. fd_set set;
   ; Q/ U1 }/ H+ b( d
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,
   4 @  K; U, g) ^+ l; Y: G. ]
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
      t7 W- k0 o0 |
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    : T- r! p1 u8 D1 J) e0 l) g
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。
   
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. 
   
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
   / h; k+ [8 J3 o8 _
8. 
   , y" d, f$ F) e+ `6 Z6 [2 t
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

% B9 y- F4 }( o  F. [; Z3 E: i

使用select函数的过程一般是：

4 q$ E8 D0 f+ Q- X+ j" M    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>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   % P- |$ ~4 \/ K( c" R: k8 E
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   / K* F2 E3 Y7 N! w/ I4 b
8. #include <fcntl.h>
   7 |( T7 v: _2 L: z. {
9. #include <sys/stat.h>
   ; {- p3 c7 W# `- q& H5 {- }& S2 T
10. #include <sys/types.h>
      g; ~! w- p8 h; z: e( g
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
    0 k# x0 [* Z" T0 F8 A! |. b8 G
15. 
    , K5 @" x' E" a8 Z* }" [
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    / j4 e# T3 _8 e! `( q: T5 J
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    * t5 Q  ?( ^$ L9 |# S# i
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! V: j/ i  M- l& J
23.   if(sockfd>=0)
    : }8 Q. Q) j  M% J( v! `
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
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));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    1 V: D, d; Q! l7 R7 N( p6 H3 R
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    8 C+ z, W1 j5 s+ T$ D( J# F; E
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    + r; T  I0 j: t: t' \$ g/ O
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' o' m/ G4 x+ [8 h9 \
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）
    9 W, D- ]1 `8 I: Z2 P
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    3 j& z! C2 ]+ O! S0 S7 f9 F
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    $ o2 Q; [3 }- _
39.   
    
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));
    ( O2 p3 @  b9 W2 ^! {* N. p" S% n
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    % k' P/ o* W0 W) T; M0 G( z( V0 f5 s
45.       perror("ERROR");
    ; g' Z9 Z: E/ o2 y4 k
46.    
    : M1 N! R6 @% g/ Z& R' |/ c
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    1 y; `) Y& a" ]# i! u
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    2 _5 e; a9 @* o$ V
53. }

复制代码

) m, V% s: S' b+ r

服务端：

1. #include <time.h>
   ! a; l& |$ N" _3 `
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   & M  f7 I) j2 h1 p# _
4. #include <string.h>
   & w+ e6 E, @* ^/ a
5. #include <unistd.h>
   + _- y/ W8 w1 q
6. #include <arpa/inet.h>
   9 O/ R* q6 {, d0 Y
7. #include <netinet/in.h>
   7 Z( F9 t* ~! U5 |4 `, T
8. #include <sys/types.h>
   9 _4 k2 K+ r; K1 M% V& a3 ^
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
    ) L9 q" x) Z* r/ N, Q2 q& q
13. 
    9 q$ f" E9 Y9 t
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    - F4 T+ {" r' v
16.   struct sockaddr_in addr;
    % k* M) `& L2 \- x
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    2 U" ?6 j! T+ s# l" b6 C: Y: `
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    8 h: w0 o% ?. G
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    $ Q0 Z6 ~! D4 K2 s  _7 K) N( x. t
24.   if(sockfd>=0)
    & x) M# d  m. p5 X1 u) R
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
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));
    : [3 B8 @9 D* y& j; ~
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
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
    7 o+ `4 P$ X5 _1 V2 B0 l  d
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    $ _9 ]. K) ]* ~
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    ! z  U9 q+ G8 g4 _2 V& c1 j4 ^
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
    ( I) ]) }+ _, t& e3 D$ ?  J. H
47.     FD_ZERO(&fds);
    + H! D8 S- `1 a; A
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    + V$ m% ]" ?! m
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 b6 r1 |3 |7 V5 m2 n- P0 K
52.       if(is_connected[fd])
    - r* u5 o2 u0 C; q$ s- W) @0 V3 U
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    6 J1 n0 C2 F& t9 _& w1 h
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))
    $ D' u2 n7 a( u+ x
57.       continue;
    * Q9 |, b  O# C; y# T
58. 
    & L. p7 C4 }2 L5 `. h) n( F
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    + Y4 B$ S9 G/ m# `, J
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    / x- [7 R5 A: C# v% P+ @
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
    ) s3 _( k4 l& ]% M$ X' x# U8 s
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    & r6 d( Y% {% k2 t
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
    . d4 P5 f1 }5 b( Y
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    % N; G3 ~, J6 ?. H6 _
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    - U) d$ k; B  I/ g" Z+ Z* I
72.              is_connected[fd]=0;
    1 _* {* b) y% m% Q8 u
73.              close(fd);
    ) s5 o  z: B) ]# z$ @3 Y
74.              printf("close connected\n");
    1 }5 j2 {) A  l( ]% I. A
75.           }
    & M( g7 E0 e% X- Z! u  C
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

6 _: ?  M  W' j- g


$ Z' B  I& J+ X, B3 Q: ^

# R, ^0 q6 t% d% ~: t