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。
# @' `* x+ s" }# w) x- ]# s( }4 Y

     "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）
* `' b6 C) @: M& C! {

/ S$ o( K) v; D  }/ T8 B

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
! g  d7 p! p0 K! d/ I0 f$ n

       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

) E8 Y; \7 E! p0 r' M
" L6 v. `& s, o; \

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）

8 k% `- Z! b% h0 W

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）

. x% V' y# A1 c# u

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。

5 t+ b& e" j  c# V1 l& h

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. 
   
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。

- b5 A2 U$ K- ?% P    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。

: [. ^8 H! S  ?1 N& j9 o5 x    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）
   . q; a7 q+ L4 `7 F
2. 
   5 K3 u) e; {& b* D0 c
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）
   0 l  D1 o0 L. l/ i6 z" R
4. 
   ! ]: w$ }  [1 }% n4 l% f
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。
& P0 `4 [) Y! k0 ?1 y, O' x$ R
& ]' K( o' j5 Z1 J/ c! p6 J: W4 f   
5 C/ G; I7 X. l7 E

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
   / V. \8 h. N& s" Z8 D7 f  V3 n& A- p
4. 
   ; R. I/ L9 y% Q: x' ?: F7 @7 B
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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;
   " k+ i/ P  Z# W. a5 ]  J8 r9 c
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   / K$ `! e3 f7 g
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,
   ! a% j, D$ r2 g( @1 t
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ; B  a7 ?  L- e+ k
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   + Z* k3 E  B: q2 O
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    3 h: M% i/ d# @. d
11. recv(s,...);
    . d* O1 d" |9 m/ [3 u5 h  R- V
12. }
    6 z* y5 k/ W3 U' O
13. //do something here
    3 T; Z5 C; S. f. g7 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。
   - G( L: G+ w) E
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. 
   ; O% X- r: Q. _$ I$ B2 O
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   " v) E0 L4 d; D) c. U! w4 W
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

0 J+ a- V8 g' `& s

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。。。
5 Z0 ~! e) r( V5 u; {, ~: h

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   1 p  ?( v& P, o7 Q5 K
3. #include <stdlib.h>
   7 Z7 s3 g: I) _+ Q) d) K, m
4. #include <string.h>
   ' D( c5 F# c* z- ^8 k) i0 |; a; J( `
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   4 @* t) u# f+ [  w, Q8 [
8. #include <fcntl.h>
   0 M; e( {. S. Q
9. #include <sys/stat.h>
   1 S% _1 N4 L; k' B/ c
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    2 J) ^0 x, w# O7 V( }: R1 R+ D
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    . M6 u! E# F6 `- w8 V
15. 
    ! ?+ i1 m: W: _0 s* J- W; W- X
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    # f0 F7 E2 L) l! C
18.   struct sockaddr_in addr;
    7 C8 m  {& e( e/ r8 u" n' _% }
19.   char msgbuffer[256];
    
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);
    + a% Q) e$ z! j$ c
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    - F( B4 y9 @% Y# d
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    $ v" T+ E2 p3 I2 R$ F$ b- b
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    2 [( e# I/ V, M9 ^7 h
32.   //向服务器发送请求
    % `5 J% {0 W2 h' F9 J
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    5 F) ]9 E4 i1 Y- z
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    : K  `4 X4 z0 S) T6 n; s
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    # x( S0 n* s3 x3 |
39.   
    / A1 h6 {0 k7 I2 s6 C+ R
40.   while(1){
    3 h" {: H% t$ _/ ?# m4 I
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));
    7 D2 }( z: B/ d/ ~$ s' G- ^+ C
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    # K9 ^$ S! R4 E7 T0 O
45.       perror("ERROR");
    : L8 h, N4 b' m" ^  \
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - ]+ f6 J0 P% r9 Q! }
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    9 n) g% _( v2 S) p; X3 _4 Z0 s
52.   }
    
53. }

复制代码

. M0 [( G' e2 p0 u" L4 d/ {' n% L

服务端：

1. #include <time.h>
   - l0 ]* @9 l5 W! E" E, c% e+ L2 }
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ! [6 c2 A0 k/ z
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    / Y( |, V9 s  x
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    4 i- T& G2 n( \4 C9 F
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    4 ]3 {$ @9 Y! d( n' h) Z0 f8 e/ r
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    * P: z* [6 g# ]* l
20.   fd_set fds;
    7 ?) W$ i+ K6 `, T
21.    
    # w  M" X$ b+ i# W
22.   //创建套接字
    ' ~, d' h& ?  }$ f6 G9 r: j
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ! M3 {9 c: I1 I6 {
26. 
    1 z; z! x5 _. F5 K
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));
    
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
    
32.    
    ' d, z% X- N' c: F; K2 [  e7 a
33.   //将套接字于端口号绑定
    5 @/ Q% _3 t! ~
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");
    
40. 
    # N( X- D7 @2 A; x$ [: t- K0 u+ N
41.   //默认所有fd没有被打开
    ' ?* B% @9 q4 n4 b9 L
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ; J6 T6 ?" O. B  ^. e& T
44. 
    7 S4 s8 M5 Y' B, Y
45.   while(1){
    : b4 ?7 d4 f  V. K% h
46.     //将服务端套接字加入集合中
    5 W9 [* U/ w% `) @
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    6 v% u; {7 z, a) F0 S& h/ S
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    * V( |4 S& T$ b, A! m
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
    ! G) c) L* `, }4 Q& u. U
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    ) [* p3 C  R8 U6 @9 U9 G
58. 
      ~0 x- \5 v! ^* f+ }3 f0 _* M
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    + W: J! h  H1 z, r
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    # B( _& o3 F  `6 z& l
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    & Y! N6 x+ e5 L9 H: [% ~3 f  `
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    - Y$ D/ b6 B2 i( z; s" G3 z) n: t
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
    8 y; G" N( Y% h' U& z
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
      D% f! G3 ]$ `7 x; Y3 t0 v
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    ; t! i" O0 s' c5 D- H
72.              is_connected[fd]=0;
    2 Y$ E8 V  [# T' j6 ~
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ) ~1 \; X6 G6 S+ v
75.           }
    
76.         }
    0 _$ Y9 @. P* ]' ?' z9 C3 v3 a
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

  S0 E6 B/ v, e$ X

2 {4 f) u: V/ }5 j1 r