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。

     "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）
# k- E# G" R5 |7 T" N, L8 m: l

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

$ x6 }8 k' b& G

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）

. Y) G# O& t! }4 m
2 n( T6 u" {/ q9 w3 `3 V% h$ M" H3 R
; b/ A  ^) J9 [# l% 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。

8 o* W" |1 D6 x9 g  M+ q3 e8 J
2 F. j5 @5 \; B- @& B. f

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>
   4 t  e, K' u3 _7 M9 l: I! l# d3 ~
2. 
   ( P) X) l( Q4 q
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

5 C& R! P* L4 j& R3 U    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

* S( T: S) E- r* v    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

/ a2 K& c; s( 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)

    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：

$ X7 I/ q9 N5 c

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）
   3 ?6 p3 x- {$ D9 i. U- [; X! A
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）
   - a1 h" D$ Z0 f
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。
6 J2 P" T' P9 S' g! v5 g
7 Y* ]3 v  D3 ?/ j2 s& M% q   

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. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ' L! a9 F' v: |- E
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;
   . N# N- \( H3 C- o: a# }5 `
2. .....
   6 p: G3 i( ^, N  `
3. fd_set set;
   5 N" a) E0 f6 G5 {+ A9 s2 t/ X5 I
4. while(1){
   3 F( o& c& P* H% P7 Q/ ~
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
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ; v3 m! c7 ]9 d  a) r3 z
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   8 H; F2 k2 |/ `; B
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    0 Q' p: J) Z* k3 `" ~' S6 |2 N+ E" n
11. recv(s,...);
    : Q1 v8 t- f0 g1 e( q
12. }
    $ z. h" `+ I+ }2 B, o5 |
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。
   - _# B9 t$ S6 ^3 O
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   " O% {( X$ F+ P$ C/ {# z$ T
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
   
8. 
   ( n( A/ U2 E* W' n+ e  h
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

# I6 X- H. X! D3 M" o/ o" H
. O2 p5 v1 o% y7 E

使用select函数的过程一般是：

4 ]; \! C, j, ~    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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   0 T4 V& C  K  Y$ P
3. #include <stdlib.h>
   ; a/ b% D0 H6 [0 J1 d1 i
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   / s% ^2 x( |3 ^$ R5 i6 D7 U+ Y  y" Y1 b% G
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   # K% v8 Y5 ^5 Q) D' d+ C2 a9 N: s
8. #include <fcntl.h>
   6 n2 X4 R1 I  D
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    - m/ y7 k: U& F7 W
11. #include <sys/socket.h>
      N* P! ^; U' l+ f. r
12. 
    9 X  o. o- J5 Z- G7 S
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    5 `4 A  {3 K' ^: m
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    % P2 m0 C3 }1 F: _
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    - V. i7 Z& q' {4 U: v* N
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    4 j5 G6 ^8 V. P1 z7 ~. g
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ! I' C, P2 G: |9 l
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    * ]  O7 r$ v5 c* F4 F. M
31.   
    1 o0 I4 y8 D. t6 I1 i( c; r
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , |. l" r7 ~8 f( m5 m7 Z
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);
    0 W2 c1 _  s/ [2 P4 {1 _! h
39.   
    3 p/ x( C. I& D+ k
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
    " X* w) l7 O: N3 W
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 y/ X0 F/ a% F; i& Y9 m$ E
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    9 j) m. j9 Y1 B1 P
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    * I. g" u- H; h  u6 @2 V
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! J% z0 @1 U" J6 e( b
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ' D* g7 A1 R8 s" w7 ?8 f
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    6 ^" b8 B5 N$ u
50.    
    % w% T1 I0 n% H  _& d0 z, N6 U
51.     usleep(500000);
    8 a5 a) W" ^) `) [( E- q) `$ H
52.   }
    " I6 S4 u, X' S
53. }

复制代码

& ?& |& L) g9 W2 l* w$ E, _$ {

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   3 f  a0 `: A) ^' }1 R; P
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   . ~) j4 S) N8 Z. J, w
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   8 Z. m8 t/ |0 P7 d) a8 ]
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   7 d7 o) R3 _/ C7 x+ ]5 \
10. 
    ' l" T1 _" d/ ^8 s
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    ) _2 `! g: v7 N; D' ?4 `* k
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    , }8 J- Z- ~3 O  w; m
16.   struct sockaddr_in addr;
    0 u4 m, {2 ]9 ?+ L
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ' x! Y! A: @- t% \
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! x" P$ w- y. A% `* l7 F+ F; T
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    , f1 z4 w% C  t1 Q- Q9 d8 F
26. 
    
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));
    * {& y' s8 I9 Y. s# x6 O! {7 k4 _5 P. I
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    : g6 B+ g; X2 p% R2 F# A% E
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 m; r/ W  h( i# t
32.    
    
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);
    - O7 m8 m0 W; A* D7 `
36. 
    
37.   //开启端口监听
    " f2 b% N' M/ |& B9 Z$ D" g3 ]
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    $ F  ?4 {' c3 j* y7 v7 I" c0 e( n
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 E8 z1 c* S- n: C2 C' u
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    + ?+ Z! B. y9 ^. e6 E! E) A
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    5 \/ S8 |# y* ^# ?! L
47.     FD_ZERO(&fds);
    , b( m' B0 i5 w6 S& c% H
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    - E& u3 V* B3 I' g" C
49.      
    
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);
    . b7 Z( m. g$ \/ G/ b+ P& x
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))
    . C8 t, L7 ]4 z9 r, U  H% @
57.       continue;
    " M' C8 ~* F! w8 m6 E2 U
58. 
    3 g4 ]6 D. k  B# y) q$ k
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    / ~% I+ B" ]" t' Z2 G* j
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    / s) j( F' y! A* a, Z2 r
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    + A* ]3 z- P8 C, E* v+ C
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
    
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
    0 X: v- Y' V6 x. g0 G
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    1 B4 r$ U9 l$ J/ `! x& a- \1 [
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);
    
71.           }else{
    ) @/ V/ r$ G8 Q/ M
72.              is_connected[fd]=0;
    . g# _: E( ^6 |1 J; @8 p0 Z
73.              close(fd);
    ' ]& J  K+ l- [
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    % d6 [* A" D) U' v( ?  ^
76.         }
    2 x3 V# Y2 T7 A1 U5 d
77.       }
    
78.     }
    : J; O( b1 @: h. z$ a" T- J7 v
79.   }
    
80. }

复制代码