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。
8 _7 X. P' Z6 i) W

     "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）
; ~: t3 k( J1 ~( v

8 S' ^& E, q2 g! x
* l- J$ i" G0 `: i: }7 P3 p

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

7 |0 H0 w; s, k, r+ t1 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）

. w" E' I3 N) y

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）

, ]" @1 V1 `& 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。

: i( d# g' H2 S4 B$ b
4 e) T' H3 g9 b( v8 E+ K: E4 g" c

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. 
   * |& K: _% I7 \/ G" z8 r! S
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

" v$ \& S9 U* u8 O. G9 V2 i9 a    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

& \% @: m5 c% M! I+ T0 x2 |9 j    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    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：
' ^6 |3 w" Z# l3 j8 r% {, Z" ]$ `

8 A8 B# \1 U, Y0 O. M1 ]

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. 
   9 i) C" D4 @) _, G
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. 
   
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。

   

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.    
   + g) X9 p6 Y% R8 e; G: L
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   " W9 {. E7 w9 Q- ^( Z
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   : S; [7 c7 Z  S- 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. .....
   2 D& h) e$ `  U6 k  d( R: _. [
3. fd_set set;
   " [5 [3 O1 y- [7 X1 O
4. while(1){
   & X0 R9 V; J* F6 F: a
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ( ?$ s5 W$ z- @( A7 `" K
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 v  [+ T: |7 c" c, f: Q! u- B3 i
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   1 F% U; s* W2 |$ @
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   & q2 I( y0 \3 B0 c* u: \& x9 E
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ) Y2 O( q$ r9 c, O3 A( M( \
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    ! _" z7 v8 Y! h* _" t
12. }
    % o( Z) Q0 F; q( E4 Q
13. //do something here
    2 a, G5 }9 M5 ?# L3 f7 F/ q
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 Q, H2 O8 d  P. B% V: j
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   / F+ B8 t. {& P( M5 a
4. 
   ) g) b0 [& R+ R2 G3 R' l
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   , B" W! D9 J! C7 C6 ]2 m
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ! }, M, i$ X2 O) E* ~( c
8. 
   ' X+ F( n" m  h+ e$ w" S% K
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

8 Y( a# m2 V. ^% U4 B

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。。。
9 S) E- ]- j' U

% i3 _5 `! E: T: t

客户端：

1. #include <time.h>
   ' i6 `  L9 Z5 s, k/ \3 g
2. #include <stdio.h>
   4 |8 R9 y: N, l6 L0 a% G
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ! ^0 M' b' R& V2 K: S4 L
6. #include <arpa/inet.h>
   7 {; d6 M2 s8 B, W
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   : |" k2 S  Y/ G6 p/ ~
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    % |: {/ x! ~! g; C
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
    
15. 
    # i+ _/ I" r  W- b' ~' d! ~: H
16. int main(){
    1 B* {) Q; T+ e0 y
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    7 f3 z0 B; k( {( v3 I: z2 g# h
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    " j/ A5 a+ o, L
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    7 g3 {7 m4 B& a3 r$ ^# n
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      J9 x; ^6 o  @; x3 R0 D
25. 
      m" q8 H- C+ n7 G; u
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    % _6 ~2 p- X, X- \* U$ l1 u3 o
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    , k6 ?6 V3 h9 w( P) n8 \
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    . V" T' b( O( |! A! c# }" v
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    : T# c* H) X. \+ O7 V/ N
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
      t4 |9 Q5 y7 }
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    : I$ q4 \# [# j5 T, g
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）
    , O+ R& P  U# _( K. l& l
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    & z* G% d% r9 \# W5 h( N
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ! j. u4 L5 s3 ~! k8 m9 ?
39.   
    
40.   while(1){
    ' O9 l5 c% A; e, c3 \
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
    ' J& X# s0 v8 \
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : e* {! e; u, Z' _+ p3 F
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - s, z, M3 g) {/ |; c$ z
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    % n& ?, i: C; k- u8 `4 `
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    9 @& R% r: E) B/ F
53. }

复制代码

- L% ~6 n  ~4 `* L+ o- T
! y  O) G9 T$ p7 w3 d" x" i

服务端：

1. #include <time.h>
   " s' V: |5 S$ C5 ?/ F: G
2. #include <stdio.h>
   3 G2 b) R" q3 R* M5 P" o" D
3. #include <stdlib.h>
   ; @4 K" ?- I2 e) R4 \, i
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   * J  R$ G$ N. v8 d2 `
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    3 _. c% b) V, s2 ?0 r
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ) e5 ~) X( N/ t9 x6 k) s
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    0 K' s- {0 L& I8 f8 S. E0 x; p
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ( ]+ [8 t" b) K2 t; {, V
16.   struct sockaddr_in addr;
    & u" M1 x  o4 H; ]3 K
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    : m; O& E" G9 s/ Y3 H" Z
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    2 X2 e+ G4 O) q4 u* O$ k
21.    
    ! G' S& R! T. B  x5 E( h
22.   //创建套接字
    9 q6 ]- A+ p, {& g2 d
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! B" w1 Z5 m4 f" u( s/ M. ^: D
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    5 m2 G& N$ q7 t
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ; k0 p  d! @% N' l5 o" w! g
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 _: ~3 q' c6 y7 J
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ! {  ?5 s1 Z; S9 c: y
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
    . l( M5 `( l7 J; k/ f
32.    
    7 ~- J; P; o+ ?! q) t
33.   //将套接字于端口号绑定
    0 Q' p% I# K. \' s0 @2 n/ `
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
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    5 K5 x1 x' A" a3 V$ S+ a$ C' _
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    ' l  [3 E" ~% X. H
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ( j9 B! y! Y* K+ I0 h# p/ \: r
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    8 r* {) h1 Y' s0 m
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    : u; _$ \% c8 a
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    1 }% y/ U: t. O, i  }
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 _3 j8 y0 E  Y
52.       if(is_connected[fd])
    : B3 q4 t+ s$ p* G6 [! h
53.         FD_SET(fd,&fds);
    7 y1 {6 J# ?( B9 g* [' T
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
    5 U3 x6 V; w& S
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    9 n! ?1 n. i" }
58. 
    # q' n; V5 V: o: H/ I7 [, 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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    % a1 ^+ {! o- r, k
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);
    6 a* k( P" P/ d  A! H5 s
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
    7 E1 V$ N& \% t  v- {8 y$ K
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    # h5 y7 o7 d3 R1 V" o& D/ R: 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
    7 s% V  V. c- k+ j. U1 }% k$ ?5 W
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    " |8 Q8 n: j; ?" v. a
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ! y* J9 P3 G% [0 q
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    2 W8 p' d: G& T# }: d: G9 d4 J; y
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    6 j0 D/ P$ K9 I: }6 j4 Y
80. }

复制代码

$ u. [1 q2 t( r: W, v3 D* d

% L; W1 v5 k3 l5 W! B3 P* ~: e# H