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。
9 |( J1 Z4 p$ ^! ]  E

     "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）

; E8 Q# ?! q# Y& i

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

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）

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 Y/ |, \7 K, e1 q

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。

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>
   : N) w' j" X; J8 a' M% A2 D
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

; c% w, _, k" O1 }: M) \    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

$ R: w/ ]' f- p+ m  n    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

! ]/ c3 m7 M9 C( p6 w) ?    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)

0 e& G, w6 i% j' h( `5 _6 }0 a    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）
   
2. 
   + K4 T0 W* f$ l2 j
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）
   2 F& h7 l2 s2 j6 v% W5 @  D* N
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。

! Q4 q( v' ^6 V7 d+ Z5 Y   
; A: o' X4 O3 P( }' L0 Y

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.    
   5 K' W& O% c* V; T
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   9 K% d: w; y4 ]2 z0 ]+ [2 I* m
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ) A& }( a; U/ `2 y
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;
   7 I0 P+ R2 V$ k1 N( j' t
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
   5 {9 n5 P! l1 r: v# A4 C
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   : e' n* V& |3 {; `6 R9 f  V1 J
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   , p7 _, Z5 J! D
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
    6 _3 T# R0 ]1 ?0 I( j9 E9 O4 C+ y/ L
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ) }: U" a" K5 k+ D& w$ x
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. 
   8 r# @/ l4 b$ H* y7 k* v8 F2 f
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. 
   , S0 I! \& M# l- m1 Q; M, s
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   - @* {- I8 d) Q2 s+ C: _$ f
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

使用select函数的过程一般是：

' G7 _* P1 U; e: U7 V: j. m# w% V    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。。。

- s6 O# A( a; W% }

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   2 S0 T: K, K5 T% V- v4 C$ P
3. #include <stdlib.h>
   " X% r( |- b4 u  Y+ h! G
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   $ ]- f7 D/ l' _: W* |% {
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   4 z+ \8 @! B# S4 o8 s
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    , K1 |, E7 p) {/ @+ `8 K
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    1 z) j6 ~; O9 ]3 G) F/ [
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    8 Y5 g$ Y2 J: z4 v, }  G
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    " M9 w) D& V# v
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
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));
    ) ?( m; R/ t3 p- p
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    * J: [0 D% j- m& v# y1 \7 w1 c
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    - k9 h: W- E9 {; e
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    5 j! V& R* R' F, Y8 x3 b$ |* `
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " t0 o3 v: l* v
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    1 B7 B6 P' n& k6 V! b
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）
    2 {4 D6 [& O0 @: S
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 @  d: O9 e; k( R/ B
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));
    - j& a8 L1 q' W4 g0 D
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : g4 b( U5 f& X# }
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    9 E* b7 t; }: I* f+ F! Q4 }6 x
46.    
    6 g- q( ~  ~$ Q# A1 M& s
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    6 [% W/ R; ^6 o* ?$ ^
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    8 L+ T! @9 c9 T
50.    
    
51.     usleep(500000);
    " k) K3 j7 }2 @) e
52.   }
    $ g$ ?( K( h; G
53. }

复制代码

" `7 ^4 o1 L+ t& ^: ^( m

服务端：

1. #include <time.h>
   / }( F) ]) X, _1 y1 ^' P& T! J( u. s
2. #include <stdio.h>
     F) M& }7 H) A! {
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   3 a* J8 e; D( C" F8 x" }
5. #include <unistd.h>
   1 T3 q3 I" K0 b
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   / F2 m$ I8 i, H% H8 Y+ b' |2 W8 s
8. #include <sys/types.h>
   ' k6 @7 J8 r5 h0 x0 T4 ^
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    " C% z$ C8 L. F$ L/ t* ?
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    5 |  F# h; P" h1 x! E
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    4 J5 z, \2 y8 j5 L6 j8 c  O
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    5 Z# u5 d2 G" i# R9 g  u* p
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! \" d! ]% \. O6 q# F, [) v: t* x4 l
24.   if(sockfd>=0)
    
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
    2 \* k1 q( o$ i% x' g# l
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ( x# w0 @+ h4 I+ l% L. n
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    3 [4 l# c( v6 U  \% a# T' _- _4 j3 H' `
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
    8 A; I+ @% y$ R5 L; ^
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    $ b" m+ @6 ^7 i
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    + m1 N0 `/ z9 O9 v/ b
36. 
    
37.   //开启端口监听
    # G. C- ~+ ]2 K8 R# Q
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    & u" B# p, Z9 ]( k& X0 Z0 f% I! Q
39.     printf("begin listenning...\n");
    7 b" a, @* L8 _" E1 u# Z! S7 v
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    9 q1 Y! V- A0 Y5 q$ o. O1 |& T2 J
44. 
    6 C: @' `( l5 d% U
45.   while(1){
    6 }, d  W  H0 m1 q# c7 r7 O; _
46.     //将服务端套接字加入集合中
    - R' ~# }) |6 P5 `
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    6 t% }$ w6 S) ~7 [' t
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . {& j: |3 D( \0 P
52.       if(is_connected[fd])
    8 T7 Q6 M9 n+ o9 K
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))
    / p2 G9 r. N/ j' H
57.       continue;
    
58. 
    % T2 w8 g4 Y/ I. w
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    , ~* \" r1 _+ D
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    8 U8 |2 M8 \/ G3 r9 z
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);
    1 D/ @- j( F! Z8 [. W) `1 D
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ) y# ]! @2 s3 G
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 U1 G. J* I9 j: c; W1 T' g9 V
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ) q, p. G8 r; l# f3 w
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ' L1 j5 _: h, p4 R. Y" |
73.              close(fd);
    % e* u4 q9 S( z  \  O
74.              printf("close connected\n");
    3 B5 r# Y) ]' e: C3 ?5 J" c
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    . n5 o6 r4 x6 o; y
78.     }
    : m9 d* H9 L% F. l' q9 I( o
79.   }
    . e5 d2 Y% `# z7 Z, O) O
80. }

复制代码

% B0 D+ }1 j- L
- `! }- E. M* z/ o0 A+ A- W

# N; Q, Z' ~5 }+ z% c