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。

     "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）
9 f8 a' \2 E* A2 C) P

" Y2 \3 a: [5 x/ U  ]% a1 h- X( Y5 _
5 w3 F+ ?* j) M1 f" R: o

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

% b  }) r; n6 q% b

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）

. ~# T' s2 T/ ~7 W8 {7 _  a

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）

8 Y/ d+ v; R3 Y6 y4 k" m8 S$ p

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。

) M. [% w* a) 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>
   
2. 
   4 r! _& a1 t, ]6 v8 K
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。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

6 @: ~, P$ j. e  w2 n3 n    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)

% o' B( P/ a' O  U' h$ P# Y    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 Y6 g0 q: Z, T    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：
  W) O. j3 t  |  N7 h- m4 Y1 i! |

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）
   - T3 Y0 U. m* X. T9 @) y
2. 
   , `' Z' D+ N4 E, b: b1 P3 O( D
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）
   / }: r) d# j3 e* {+ u
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。
9 _  o- K  ~9 x0 m
   
( C; b, S3 v0 S* F

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
   , \3 M1 C$ Q: H) a% a6 m0 l
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   3 X" y9 M# ^( \# Z- N! }- y+ Q6 `
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;
   
4. while(1){
   ! ~+ A( S5 x8 k: v
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
   - ]" g* x; n7 p
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,
   : \* j, a* S: b) Q9 @6 {2 s' P
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   * K; Q4 o, w3 p
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    0 Y8 U* |( w2 X. N% F( [% F
12. }
    , h! L: D1 g, t7 V* 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。
   # |7 I! k* j8 s/ Y: o% ^: X8 W$ ^
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. 
   & w) }- C( R  ~/ Q/ y' N, p
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   4 V9 g, ?2 q8 I: S$ |' s
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

2 Q( K6 S, _$ ?3 j, V" t& Y  s
6 G6 X6 L4 D. p& ?

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。。。
0 L% G% h1 J8 b# ^, E

客户端：

1. #include <time.h>
   . l8 u) {: Z$ q4 _! x
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   4 x2 P: ]8 O: F
4. #include <string.h>
   1 H( x4 k- `; {* [& }) X* U
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   % Q! a+ F' K+ N( m! W: B- [
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   % ~) A7 j' r( F
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    2 |7 y% j. ~2 _1 X2 k5 r
12. 
    4 T. t2 G  c/ z9 j6 v
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    & @' u/ r: b. q4 R7 L/ B- n
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    7 ?3 U  O. Z: L) G; H2 d
16. int main(){
    # x, P, b! G" y& r
17.   int sockfd;
    , F7 j2 }8 O/ ]& g6 W% G$ i+ a
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    # t: K( e5 f& {5 E  `. S7 d
21.   //创建套接字
    / v0 ~' d- D0 t+ o
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ' F9 `" L% K6 D
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    3 v7 }9 r5 ~1 O/ @" }2 g
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ) B' \2 H( b4 ?; R  j
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    6 g; h, g8 m0 @) i! Z' X3 ~- r7 g* J
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    0 I1 M  r1 F, s" @$ q0 Q- ]5 v1 t7 y
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    . i4 C. l3 S& S8 U3 F
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    % _- ~/ G: ^& m+ `0 [) D+ `4 H" S) D
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）
    ' K" L9 B0 C7 s7 R; ~* w
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    ; `4 ]$ W) ?0 a  B4 A; ?6 `
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
    ) D  B& E1 c8 J- _- p$ R# D
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! ~# k3 Y! |  S- p
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! a0 ~8 Q6 Z& T6 h/ }0 n
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    * H1 s. T( O$ v  ^! S
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # f( Y9 s0 ~, U
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    * \9 k6 k. w( Y; Z0 ~3 v
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ( [% M# @4 k2 I0 i7 f" r2 {
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   " A& _& n+ O# }- N# k7 F) S
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   " j+ Q$ f$ U/ J; G/ {8 V, N# M
4. #include <string.h>
     }, h# D* Q; L, [0 R; U
5. #include <unistd.h>
   7 D# r9 G2 \; F; g
6. #include <arpa/inet.h>
   ) y* K) `" \2 T; G* s: a1 b* ]$ c
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   ) `0 r; f/ I8 x2 X. h6 x
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    / I# K. d9 @2 a. ^
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    / G- V; ]& O& R0 w: q
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : h( b* x8 g/ L: {4 c5 Y- `: e. B4 Z2 y
18.   char msgbuffer[256];
    % w" m1 G3 t  T" _* i
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    / F+ |8 _! c( R+ b
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    , d, K* p! q" T7 K
24.   if(sockfd>=0)
    * A6 p( |& U, T
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    7 [) K8 N# M: Q* z* y4 V6 `$ Q
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    / H  a7 I% N. X! C8 I2 o
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    $ ]2 k: O0 E& R' {% W' V* M; r
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    / S9 D1 m2 @! G, z  r- B5 |9 u
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
    + d$ S3 g7 V8 U/ c
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    + p% C. i# g  _7 J7 m7 x, c
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    ; Z3 _  x9 g; j, {
36. 
    % O; g6 P5 t; t" i! x
37.   //开启端口监听
    , w, k" B! c( a( r5 D0 n
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    & O) L8 y1 l# C5 F7 U
40. 
    7 x% _6 K" a$ k/ t  N) e
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 D! g8 N) c* c7 G
43.     is_connected[fd]=0;
    4 Z* P$ A- A( G  @1 Z9 I
44. 
    
45.   while(1){
    1 o$ [4 S3 H/ I+ S3 X, p: S
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    5 y# ^/ p; h# k4 C3 R
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    * h) F9 [# D" K+ B" k
52.       if(is_connected[fd])
    5 [; H' O, f! U) X# t
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
    ( q; {# v8 m$ S+ y* v3 `+ _
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    * R4 a: S$ z* V8 U/ X  D4 G
57.       continue;
    ! i, p/ y& E! |' l2 y2 n
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++){
      Q% m0 H2 n+ e' R2 G
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
    / u& U2 ?8 _( \
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    $ T/ S' L% g* y9 h/ i: m
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    1 q1 i7 L! A2 N$ J2 \* [
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));
    ! M5 M) N0 o4 M* b6 _5 [6 v% F' u) R
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){
    - l/ _+ U  B+ T8 N/ E' b
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 C  K* M; P' Q% L9 L
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    5 ], s: K9 E8 Y& F; R
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    $ r  N: G4 c+ O- f4 `3 M
73.              close(fd);
    . I5 b$ _3 T: [8 b5 ^
74.              printf("close connected\n");
    ; h" ?' Y! H/ E" `
75.           }
    
76.         }
    - {  U( ?9 Y) r, @; Z6 B* L5 t
77.       }
    
78.     }
    * @0 \3 D* y  R! Z2 O
79.   }
    
80. }

复制代码

. x- j9 a, y: f( A7 O; [1 }

$ m/ P1 M& q2 c1 K
4 ^9 o8 l% |& P& C2 ^