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）
' ^7 S+ U9 U) p& r

; T1 b9 r1 q# K: H) X  j
$ }+ U  V+ H, 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
5 ~7 G4 K/ O( _6 n6 H4 w1 q

       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）

1 T. Z( S+ |9 p' x0 U  h

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）

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。

% Z/ t+ G. l+ P* N# e

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。

    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)

. a5 P2 q9 i0 d8 ^! ~    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。

0 U/ F" n! b8 ]4 f2 p/ J1 C    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）
   ; M) z7 ?, [# x) I
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）
   
4. 
   % a$ Y5 ], G# o/ l# m+ K1 t* b, Q
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。
! e( s5 c: z  t( q7 J$ t% R
   
' g; J8 D9 M8 P! Z1 J0 ]% A

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
   , p9 ^* j( p7 v4 L% Z
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ! e8 G  c9 x* f. p- u7 ^3 Q
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;
   - O1 X3 \) e8 K! F: Z7 q
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   + o* _1 O( w. Y- n& U
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,
   5 S+ N- P0 S) x* k2 S( |- k
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    5 B4 [" v1 h" j4 F
12. }
    5 f1 c) o$ R4 H0 m
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. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   4 K0 U) I7 K9 y) h9 [# w5 k- U
4. 
   1 S  G& U% ?, Y
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. 
   5 V9 r! C* `7 P1 A/ ]
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

& f+ _: }2 c( p6 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。。。

; L( M3 N% M9 w2 y2 @. P' l1 u

客户端：

1. #include <time.h>
   : p- D3 A+ f0 \) s9 m6 S
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   - m8 M8 V* x/ B" F
5. #include <unistd.h>
   : J3 v3 p5 y7 ?2 p) A8 k0 R3 a7 Y" t
6. #include <arpa/inet.h>
   / f* x' |3 E' }2 B/ {
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    ( P9 }$ y+ V0 E2 Y9 w# ^9 H
11. #include <sys/socket.h>
    , x2 g  _, K1 L- Y/ ]3 ^
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    5 Q1 z; a$ d8 \; ?, {- s" w
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    4 y3 U1 g9 F% w. b$ \
15. 
    % q6 ?7 z( M8 o  p- m/ e4 {
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    - n' M! t1 I$ n9 F
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    $ M9 V4 s. }4 g8 o/ W
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    : P2 Q% g* ^3 z0 n9 W; d8 a8 }
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ; R# g' G  u$ L2 _. r+ z. J8 x) `
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    : A' [3 S+ C6 S: ]( ]) e
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    1 w' @# Z4 _) @9 w
35.    
    # x& d# t5 Q3 Y0 r
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）
    % M" a" O0 }9 m# h" L7 k
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    3 I* `) J4 b4 z: z! G/ K
39.   
    & `" Z; F) P) R1 i7 S$ B( c! Z
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
    # A- b4 @3 E% }* Z
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : o6 n9 Q% s# t( M5 D
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    + Y( Y6 d+ ^) A( {
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    ! F6 |% K; s7 o. f% F
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    * c# z7 E( M( i3 W* k
50.    
    ; P2 f  P+ t# Q9 U* G) Z
51.     usleep(500000);
    4 w% A2 L/ }: ~: d
52.   }
    
53. }

复制代码

7 M9 l! R, G+ Z3 ]7 E
1 ~7 \; r9 h7 s4 P1 O& ?& }

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ! j* X8 u  x1 Y$ O6 z( Q
3. #include <stdlib.h>
   8 L0 i7 ^0 S5 i) ^- J% S9 i$ x
4. #include <string.h>
   & I* h5 A1 W" D5 p
5. #include <unistd.h>
   ( K2 l" p8 l- ?! l% }
6. #include <arpa/inet.h>
   ' r+ D5 ?9 G# e
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
     b$ F  I* j! @: v
9. #include <sys/socket.h>
     N6 S/ T; |2 r% a  R
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    : L8 x( W! M/ W! Y! l
13. 
    
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];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    % E5 x/ h( r4 Z! I4 @
20.   fd_set fds;
      B8 y7 B: W8 ^
21.    
    ( M3 r- s4 {' S6 k8 w
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! {0 c+ J7 h- c) z9 O) U; o# Y9 [
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    + y: S/ Q! s  C7 P' \/ s( c
26. 
    % D; t7 c! f8 v3 g7 x. R
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 ~" @- R, Z; Y# S  M1 {# h
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    , W  a8 z2 L* b% E  C. ^' y% f+ h6 ]! z
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    & E6 I9 r) V# M
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
    " @' F" h! K9 U' @! R8 O* g
32.    
    1 o' t! O$ T: h% X+ l# n6 z
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    7 `0 @. \: a6 [, d9 L0 x3 @, X
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    , w; V) Q# ]7 ^. v) m7 ?6 k3 e
36. 
    3 z+ R, m6 m1 Z$ c' f8 I( x; p; V
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    9 F; J& a$ b$ Y" v, H; f
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    4 f( P) i4 g8 [" s
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    3 L* B/ t# w: d) d9 V" G  H8 ^
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    6 H4 e) Z4 d% l& W0 A  p1 P& A
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    : W. g( m3 N3 _2 Z
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])
    . J# C7 R& F: L) Z9 ]0 _
53.         FD_SET(fd,&fds);
    0 y2 |' B. B# Q7 l5 h7 F
54. 
    ( r- P9 V* p/ p4 T  u, m3 w9 @  B
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))
    : M. d; S8 T: O8 ?- ?  }; T
57.       continue;
    
58. 
    ( _4 Z7 q6 o4 n5 V6 Z7 U
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    8 w1 `  A; P; p! l- b! v
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    - A9 c8 U* n4 k6 C" i
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
    0 n3 j1 R" A; g% }6 O' \# |
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));
    % P, H; _2 r8 B
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){
    ' Q/ M; z1 T/ T, g" Q
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    3 G7 l6 ]" e' |! [. T4 ]: {" H0 _
72.              is_connected[fd]=0;
    ' W/ m8 S0 D1 V7 w4 D
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    - c, N" w6 B6 C7 G
76.         }
    9 ~/ b1 Q4 p- m# B
77.       }
    & M- A3 V) M6 m
78.     }
    
79.   }
    ! |% A1 ?( [( l9 Z; r- u; L8 Y
80. }

复制代码

' p" w# C& N" B% @, |0 c. T! m9 s1 ~
$ @4 }# i  }( u+ `

. j! i" A$ C+ Z& L
. p8 `7 b1 f7 N- x