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）
8 e3 T0 v- ~- p/ j; U4 B

, p) h" ^4 H2 Y: {9 Y

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
8 j& T; R6 k% e; ?: C+ i

       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）

- Y3 M* H4 m/ k% l0 n4 I/ X! b2 f

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 A- l; \0 y. d  B
& M9 t$ r7 @& ~) g9 s, G

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。

, U# k* ~: }9 R$ B4 o

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

) Z2 v7 Z- _8 e    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

1 E/ r' L/ U7 {% v- m    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

+ h5 r2 O/ j' Y    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。

; Q/ ?. H: ?/ U$ r    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：
. M& i8 D* K& d; Y' q6 i

0 O; }; Q$ c1 X% ^7 r0 t4 S% V

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）
   + Y! x8 |3 Q& 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）
   
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
   1 X" B! n) s4 |. G6 O+ P& v
2.    
   " x% k+ R0 T4 h: Q9 q& G9 K; m9 K
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   1 K2 Y5 R/ j8 p
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   9 ]" [  |2 j3 i4 Q. I/ ~
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;
   5 _; Z! C8 F8 n/ u
2. .....
   
3. fd_set set;
   
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
   , o5 \/ R, N0 Y$ b
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   0 t2 Q' x8 X8 x' L  J7 w4 f
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   1 t4 E6 }- M( k/ V% L
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   2 ]- k% b9 M6 S  ^
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    - w( t% }( q$ t0 W7 l& C8 R
13. //do something here
    6 j/ \, |5 h& 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。
   
2. 
   : G- w' x& Y4 o8 k4 `
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   : ]- Y; V" @4 T  C9 p; x
4. 
   2 e: Z; p" }2 K% n
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   + v% w6 w- b8 u. Q
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   1 {( z) N- @" S+ e3 h0 D# D
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

1 T4 J  {* I. a' u

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 Y8 `. O. e6 F* y

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   # Y7 N" j8 @; i& O
5. #include <unistd.h>
   ( }4 S  ~. _0 C# K' x+ q/ L! l
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   . w5 G! o, O6 T( b5 ^6 ?9 ~2 _6 o
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    ; M. P& H6 O0 H0 f, l# F
11. #include <sys/socket.h>
    " F4 H, d( \: a) G6 B) G' l2 a
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
      ?3 n  m& c6 H  l% R& w
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    1 z- u2 f1 v- ^2 ~; \& b7 s
15. 
    ; A. D9 ^! Y# j3 f
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    + g0 r9 n, u5 _2 }$ C* B$ T
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    8 U! z! [, E7 x$ H8 d+ h' {2 ?. }
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    5 n# x% y/ w2 M% ~# [+ t
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    , M" A1 b! Q' @- l1 Y
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    8 d' l- ?* e0 S
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    - S+ \* A7 B6 r, r2 x' F( k9 K5 w
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    7 @# J3 y" O+ e# }4 s/ w
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    / U- I0 a5 l$ F& B% g4 X
31.   
    - F( Y/ s1 X: T2 @: I+ f: n- M
32.   //向服务器发送请求
      A, ^/ O: P: ]+ L, ~, ?
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
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）
    & w3 f1 a/ u* f, }  S: f0 O  K) ?+ N
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    - z5 }) N7 v: s( ?$ }
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    " u- F" l% Q* N6 I5 v: e% J
39.   
    " p4 _/ b3 q5 }
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
    0 u& j$ {  v1 ^+ w: y
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    4 ~7 y* P+ J; ~; g
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    2 Z  A% X: Y/ M. k- F- Q2 u+ c, e4 v
50.    
    ( ^4 _# q+ R' X# s3 f
51.     usleep(500000);
    ( g+ F& m6 ~6 ]$ \! s3 x
52.   }
    
53. }

复制代码

' ~/ F+ L0 X1 \2 U

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   3 f/ Y! d+ }3 R( @
4. #include <string.h>
   : |* e) n, h5 e8 t2 b3 ^& b8 z
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   8 x# o, {) L1 L+ U+ {1 z
8. #include <sys/types.h>
   , \. x: I6 X$ ]0 Z
9. #include <sys/socket.h>
   1 L2 r7 N& f. x8 F7 v
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    & h2 p& x7 \. T7 E8 Y- O
16.   struct sockaddr_in addr;
    # w/ N% I( i  |3 ^" |: j% t
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : _  S0 S* i) n5 j! @
18.   char msgbuffer[256];
    3 m0 l/ K6 S3 @
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    3 J) S! h5 `5 d; N1 y; i* h3 \% `
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
      ~3 Q" a+ C! s! ^8 Z. k6 z
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    * H  \+ ~) w2 [
26. 
    - g1 w4 y; T3 |/ t6 B9 t! G6 Q
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));
    1 @( x4 g! U! E9 ^5 |) U# A0 S
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 P. F# ~- @1 _( p  G" i7 ?$ G4 f* b
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.    
    8 {; t# [& A; }! v
33.   //将套接字于端口号绑定
    / t6 k4 o4 p' |9 r5 _
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    / [7 r9 i$ \. ?2 }; m6 T
36. 
    
37.   //开启端口监听
    7 z( t0 ^( u& \3 Z) g0 H0 S
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    : J% e" R) N4 m: o3 N
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . _+ Y! ~" _# h# ^! }1 \0 g
43.     is_connected[fd]=0;
    4 }# v3 d8 C' _# e# x- v
44. 
    
45.   while(1){
    : Z6 k1 t7 h& @
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    + B" a  e. y) n0 h
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    1 K. T2 Q$ L  Q& g
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
    $ t& n6 \1 P7 m  j6 c2 ~9 L
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    1 r9 A: x( S2 u3 R* U, [! q6 a
57.       continue;
    
58. 
    8 m4 b: h8 ?7 n- K8 u! u8 O
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    7 L2 C% w$ \8 G7 p" a5 ^  D
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    . `" k2 c* y) t4 I3 s9 @, Q7 v1 V
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
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
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    " i5 p4 A* W" `! n1 d
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
    + v3 `$ s- i  v# m* e4 R8 v
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    * ]; U3 Z2 l; x* ]# Y
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ; V) C; ^8 S: Y" a, O8 g1 \
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    6 E$ z/ A) A7 o6 s( l5 a0 m4 }
76.         }
    " i4 ?& e# g% R: u; ?
77.       }
    . V1 W3 }! A- D3 V( G
78.     }
    
79.   }
    1 r" a; ^4 G, P5 {
80. }

复制代码

; u9 Y3 E9 m) \$ ?4 c! X
- m9 x3 k6 L, ~. ~/ ~! M+ W

) N$ K3 ~) S7 C4 d, U; S
, p0 C) v' `' c9 O) l