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

" V4 g. Z( p$ L2 T

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。
5 B) |) s. S: D; e7 N; 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）

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

, a" b2 {1 |9 _' i* v' A! O" _5 s

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）

+ `! {2 v- v3 H) d6 l- e: i! k

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）

7 T+ p1 @- K* E; s
5 F- W! A4 R* M. g
! e0 D8 |+ v) V

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。

! H, V  d1 {! N, V. v1 w6 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>
   5 w& C; f  l4 ?* I0 Y
2. 
   ' o& d* I1 h: r9 q/ ]: Q+ l
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

# _' N- y# q* W' l5 T( @$ h    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

' ]  h  @$ }8 t' L: d    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

8 Z! _$ I4 d* s& x' O    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. k& @: C7 J+ M4 V" d' G    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。
8 O5 H7 I( g* ?
( i" L, ^5 s6 H4 E' S    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：
8 y' e0 ~0 o5 F# t

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）
   5 n. D& V, j1 L" O
2. 
   ! ?; k$ S9 Q8 _. Y4 r, d7 @
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. 
   8 V. D+ F0 h; q7 S
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。

) ?% S1 |1 D! s   
& q* p) p. K; Y0 L

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
   - Y. q1 u# F$ \; {
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 a) N1 `& E$ j: a; l
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. .....
   $ c: y( ]  X8 ^" U$ `" s( `
3. fd_set set;
   ; e, ^$ K; h! r0 K3 X( ^6 O) O
4. while(1){
   2 Q) a8 H& T4 |" W$ X
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   3 g9 L$ C5 I- o* ~; f
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
   8 ]/ }+ k; A% t0 \) U  ^
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   " I7 _( h- P' U1 M- Z! v6 \( V
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   , ?3 n4 `+ r$ e7 _$ z9 T; {; Z
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   & p- v- P+ I8 h. c& @/ d- K# G$ r4 F& {
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    5 b& C& W8 b# C" K1 m
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。
   
2. 
   ; n/ R/ t, k# b4 b$ m4 ^" U" ^
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   . |1 S2 ^7 ?5 |. v  X/ C
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
   2 m% ^& d% R6 V. {/ p! Q2 F& p+ h
8. 
   $ g9 Q  i$ D6 p! m% A- O9 u
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

* y; b3 {- p1 D$ E6 D

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。。。
6 k/ K8 ]. n3 V" _" x3 J, @

客户端：

1. #include <time.h>
   , G2 T4 N* z' t0 s3 w  Z  l
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     V8 t5 f8 n) l$ [' g) _
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   & @; u7 w1 I  s$ X  r
6. #include <arpa/inet.h>
   + S. i: \9 L2 A& E7 v7 X, ~" K
7. #include <netinet/in.h>
   ; c1 ^6 A$ g& P; Z. [/ ]
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ! \; G% t0 }  z$ Q9 N
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    4 m; S/ [( {4 `$ b
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    1 n+ u  S1 ], `0 l% G. R
15. 
    ! n! Y0 D5 {( g6 Z
16. int main(){
    9 {$ z4 h* o8 K4 S! c
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    9 |& m5 X6 g) W0 G2 z
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    0 k/ b( d. V" o. q% f8 A2 G" `
21.   //创建套接字
    . \( I+ d  H, L
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ; N4 t* p# }) I' Z+ l
23.   if(sockfd>=0)
    + p6 ]7 p, W4 v5 f! @
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    4 e7 J2 m5 T# G: i' T
25. 
    8 r+ `* c2 {' B. h6 S5 B8 |
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;
    , ]/ d% y+ V* N; e* w2 Q! T- W
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    $ e2 i; I7 R- ?, y
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    5 x; W  M) P6 D& n$ K. \  a0 W
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    . T; [) f( ^# O( K$ c
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    # }. b* G/ {( j7 w
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! S& m; ^! E' F
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    " H4 N! |1 C9 `- R
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    6 E2 m& V3 W! g
40.   while(1){
    2 ]' n3 T* ~6 C0 ~) z
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    / {5 N  A* b! ~6 z  }- O
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    6 K% Y, T$ j& ]4 S6 J( }
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 c: i9 `1 }3 C' X0 \
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    * F/ X  F/ V( b0 w7 a* _
51.     usleep(500000);
    5 F* f, y6 N, K
52.   }
    
53. }

复制代码

* e! E$ C# c; Y

服务端：

1. #include <time.h>
   ! z- M$ g+ _$ E5 q5 O, s6 ]( c! P
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ! \. |0 A% ]/ e; r
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   - W6 i, r$ d% C# d+ X; {) t
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ) G# q( k+ r% r9 b% C
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    % k% ?& i& j2 Z( p! f5 ]  i
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    % j8 ]$ ?/ m- E8 l
16.   struct sockaddr_in addr;
    
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
    ) \4 H& I7 G$ ]# T
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ' Q. C. y, }& E& m2 @; v
24.   if(sockfd>=0)
    2 `/ x4 {3 u& {3 t+ N; ^+ u
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
    $ V, j9 z% I( Z7 F* }
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    0 a; x4 E  _, g% i) J8 t
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    5 s( i5 }. e0 ?8 [, m3 Z
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    + q9 V/ d. C! v) [7 e; X
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
    2 n; _; s4 S$ _3 ^% M
32.    
    9 I3 T; [; x5 c! }4 z5 q: D7 f$ R
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    + b6 A5 U! ~# o* M! U
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    6 z% {# ^5 ]# j# k* Q! p+ P& j
36. 
    * [- o( q, p& J! \9 y7 ?# k
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    ) V3 R# V( [9 g3 U# ~; L
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ( `1 O% c1 D% M" R6 o9 @2 {1 Y
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    2 Y$ K- v# E6 n& g2 |
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    - M! [; i" g, M' ]
49.      
    / {3 O- a" o6 H8 y( Y7 m' F
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])
    
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;
    4 a$ R2 J# I" C, m: M! H
58. 
    9 z' O% [% F: C6 t8 h
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    5 ]& g$ r# ^6 k
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    + q3 ?2 S1 B4 N0 c) D% i4 S+ l
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ( v" K% F) @& }0 K1 m
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    * y5 u/ B% _% k2 O9 W
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    - [- p" F2 E9 M( p, @
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    + A9 C7 u8 k7 p
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ' `, V( T/ E8 c
74.              printf("close connected\n");
    ( X. \, u6 l3 q% s' H
75.           }
    : M- g0 P4 D/ c( t  w
76.         }
    ! G. m/ Q4 S) U# v
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    0 R/ U9 t9 U# b0 b
80. }

复制代码

% ~/ P8 K' w& l5 e) R4 Z$ Y


& [) r( z/ l( T3 E