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

# B" d' i& T9 q2 Y, t# @4 I2 B8 P

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）

/ H9 l% Y+ I9 a2 N+ p& t9 D( p0 A

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
: }7 a9 }4 n1 g- H! M

       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

2 V  a$ U$ L% m6 M0 A9 D, L

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）

- w6 w5 M  ?0 S# c; I+ o- T

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）

0 n# v0 n# h6 _0 Z3 D& F: N( P& o. C+ T

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。

  v+ [6 Y- Z# [1 j4 E
0 \( K9 T% P, Z' @1 Z5 \- T

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>
   # P- z6 X0 u" O' c! M
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。

  ], {2 {4 `% k    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)

3 ?: m2 |" v' U  O    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。
+ P+ A; v1 @4 x. _6 N
. w) }) m2 u* V; n5 v) V    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：
0 u; z; q8 u5 p7 h! K

0 f, Z& m* O$ W, d% A' [% u7 q

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）
   " [; j' X* h5 g6 d' i( ~9 X
2. 
   
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）
   + X) a" B6 @/ O2 p$ Q% N- I
4. 
   4 S. b1 M9 e- l8 P
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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   ( u" y. p- r- Q
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   * l0 ^$ Q5 m4 L5 }7 Z" @  P  U
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. .....
   1 U0 x* \  _1 b, z; L- \4 m
3. fd_set set;
   % T+ {# h$ r; C! Z+ E9 p0 L8 t2 L
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 b$ S: l' O" W, C5 j) B
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   7 U! T$ P. V8 \- c0 v, F( g* \
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ' f* \& I) t2 g* \7 k7 U4 @$ [/ \" V
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ; S3 i, l& w) q! G* v& \
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
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. 
   $ p0 D$ w$ K1 q  s& z, j
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ; G, M8 p/ o8 m- F/ O
4. 
   # ]: P9 y* ~% _; N4 V7 J
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
   
8. 
   9 Q3 Z5 \* ?6 v( _# I
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 n' o2 C& l/ `+ J9 o0 v

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 x6 z8 ~- c- b7 r# P

; q2 M! S, o+ b0 A3 F+ m0 @8 w

客户端：

1. #include <time.h>
   + [- d8 q( Z# f0 z9 ~
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   - d: E, M! B% w9 D. _2 @8 o) S
5. #include <unistd.h>
   3 M% O3 Q) ]: D9 s. B* b
6. #include <arpa/inet.h>
   / b- K& T/ {2 a2 Z& ]
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   7 J& Y8 T* u9 V) C- p$ v5 |7 e
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    0 d+ E" B6 [! _9 a6 \( a& F9 C
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    . g+ U$ k5 D% r2 Y9 o, p3 c
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    $ Z8 j8 c$ X! a) |6 J, d" Q& I& V
18.   struct sockaddr_in addr;
    $ C7 x) a& T0 _0 t
19.   char msgbuffer[256];
    + K0 N& X7 Q! B
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    4 }& s- y  P& l9 o
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    , |% n' ]1 W5 t( ]
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
      P7 r" D) O" p( f# B* n
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ; m) y! n0 p+ L0 M
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    : y/ L# a- z; z2 O- \
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    * N7 `0 A  X$ @* q. W/ y: V
31.   
    ! }$ W3 d5 s# e. `3 W2 A: L( T
32.   //向服务器发送请求
    9 k0 }; W3 q; n3 S6 C5 w
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    # L; N7 W# W# _* I2 e  _  K. i" j
34.     printf("connect successfully\n");
    
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);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    ( ~/ w9 L: d% \3 `- E0 y
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));
    + q; i' t' h7 t# j6 f, K
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 ~9 v* R: u1 ?
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    & W' m% ^8 K6 n9 R
45.       perror("ERROR");
    ( S6 F6 X6 M$ I* r! z/ w' v
46.    
    8 }' ]: U% l5 }3 W4 a4 K: \0 B7 G
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    1 e  q$ Q% h9 e
52.   }
    
53. }

复制代码

9 I1 N, A$ s4 A" \5 e8 H1 q* [% v8 t

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   . b3 ~: ~; T$ y
4. #include <string.h>
   - i; ~$ L- o& U# q, ^) K% U6 C0 B8 s
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   4 v: l6 K' p' ?) S) R
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   8 \: }2 i- u/ s9 s# A0 v) L
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    , J- s- A) j2 Z6 Q* Z
13. 
    6 c2 o5 E" S4 ?+ K1 K" Z1 C" |
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    . r' R4 ?1 u! E- Q
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    " T' }) H' o8 ]% y
21.    
    - P4 v2 K. e. u, F( }
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * o* ?: u9 `9 t
24.   if(sockfd>=0)
    $ T. Y" b  S7 k9 @2 T  n  K
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    4 L% T; ]1 k4 k, T4 ~% B# _& V
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) x1 }, R1 D0 d( N
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    * c: t# r% {! f. W9 V% p
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
    - I. S) u3 \% J
32.    
    9 \( X8 ^% s* C9 q' b! b- l8 ~+ t
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    1 ]& W$ |; m9 f: [1 F* Z7 `' G
36. 
    
37.   //开启端口监听
    : }+ K8 p4 I: T1 ^2 s- D
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    * x6 R/ s# R) i  G
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
      [2 E# m  x+ j% t2 T
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ) C2 J7 i& `5 p% A$ F! ]) B4 m. M
44. 
    
45.   while(1){
    ) X2 Y6 i* G' E1 ~8 i# Q! M  Z% _
46.     //将服务端套接字加入集合中
    * T: F9 o8 C  c) L7 J
47.     FD_ZERO(&fds);
    ) S/ Y: ~6 ?2 K! @+ F# d( p$ m
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ' X" f) G5 }/ N
49.      
    6 c& O5 g  I4 f  \$ M  r) d
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ; J/ R  g8 N4 j; D7 g& `1 h" ~
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    $ r( n1 @5 S5 n8 p
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
    + l; I2 G' Q3 e5 @6 L% w# i8 F
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    4 N+ y" F, p* D6 B& K
57.       continue;
    
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++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    # |/ ~, g) J6 S
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    * p) A8 o4 x) F% A4 Y8 [4 q
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ; F+ Q& c- }2 y- u- k
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
    . i5 W/ r( m" d7 @3 h% U+ I/ f* M
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    - K; [* k4 [1 z; L; k6 S5 i# ^
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
    . i1 Y( ~2 b) W8 p7 J0 G- F6 X
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) E+ _, F8 F, b
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    5 o" a- W: E9 e/ E  t' X) F0 [
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    1 w# C6 J# v/ a1 e
73.              close(fd);
    + S% l1 f9 J% O( g
74.              printf("close connected\n");
    & f3 k3 k( W1 a5 c' ?2 a
75.           }
    7 _$ t) B* u; V5 t: {
76.         }
    4 r" f. A! Q* n6 ~& u
77.       }
    
78.     }
    6 b$ y8 q+ r5 M5 e
79.   }
    
80. }

复制代码

$ O7 c7 X: X. B1 a1 r




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