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

  J+ h8 N' [( M& |3 N# }

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）
) n) S: D# C3 J+ E' Y6 L/ S* p; w3 d

1 d( ]- X5 V) l& }& {, y, ^7 n
, m; ^/ C3 J  ^  j, ?

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
. j1 @) }6 m1 t" P1 t

       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）

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 c' T* t8 |- ^; j

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。

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. 
   " q7 z$ [, |7 U) w) G8 Y  r
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

4 X) v& a, w/ O9 b2 i! l8 c    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。

; C% D  B* T* V6 t* `( ~% F    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。
6 p4 [2 P; M$ F- s* P+ Y) c# T5 l( p
. M1 X1 A2 U! ~2 n    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：

% E- N; @7 ^. y, F1 Z5 I9 N

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）
   
2. 
   ) y" ^4 k4 K  H: x: S
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。
+ S- b9 i7 w! O, g6 j# H, {
   

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
   - F  F: f! |6 G% ~) C
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   : {  _1 M5 d7 m# ^* h8 w* G' ^, ]- n
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   8 ^% `+ \8 E/ ^5 S
6. 
   ) C: ^" Z* c, ^5 \' P; A1 T
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;
   ) I9 x6 D; R, Q% k
4. while(1){
   9 R# B, z9 o! C# {) B7 w+ _
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,
   / m/ B# Q: b! d
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   " N. d8 r5 b3 r! d. |
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   4 r) k" b# \3 u2 R6 f
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    - `. k; C* z9 e, M. b  L
11. recv(s,...);
    ; H2 `! Z' E7 b4 i: K$ u1 S
12. }
    2 k6 \: ?- m" J: g( q# O
13. //do something here
    8 h3 ^+ C5 g, E" c. N; n% f" P
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。
   : }$ V/ G& G: E) W3 a& w; Q
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   5 w6 X2 {1 A& |+ o* x
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ; B" p' M5 F7 |* M
6. 
   7 X7 D5 b* e- ?5 _$ c+ E# s4 v3 e
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   . F' }" h5 z, @
8. 
   , s6 m- k( y" k- W5 Y: w( [4 k+ p
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

& Q6 u. I6 ]0 A0 j6 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。。。
2 e, _, `% J- F4 o! w

4 w/ p5 y3 ]3 ?/ ~7 u( r8 {% ^

客户端：

1. #include <time.h>
   ( |% D! e/ a+ ~
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   0 z- Q& y- E  B* ^) c* Y* B" v
8. #include <fcntl.h>
   # A3 m& N/ k% u& H5 A# W# t
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    8 i) o) h+ U& N2 m, P( L
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ! K- m+ Z* z; }" S0 W8 C
15. 
    0 W$ _& W/ ?' Q, d" i* m( c
16. int main(){
    2 l" ?4 d( o  J8 E+ Z
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    ( s. t: [; V6 V7 c
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    6 C" J6 t9 @$ [. W) b8 p
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    % v! k9 X% \/ `
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    $ {3 R" P& i6 x2 u2 f
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 n  i, n5 r; F. h' l
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 _: Y% q; Y! ]3 X0 |: J' S! P
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    - N8 Z8 Z& P* S4 T' g
31.   
    2 O3 f- C. ]$ r5 q( d( h
32.   //向服务器发送请求
    & W5 V5 h" E) e, `* p( g
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    : L) i" @$ y2 g) X* `3 f
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);
    * ]1 w/ x% y; s8 v5 \0 c9 d6 Y4 B# Y8 p
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    2 y  v# p( b) N$ l* x, ~+ f! C  _
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));
    / u/ c. m  Q% Z; g6 w
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    / D, q4 X, b' A. L
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    4 Y" n3 U+ J8 ?5 R" E
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    + @( @" C+ f( |* U
52.   }
    
53. }

复制代码

9 g( S5 Q- X8 K7 c/ G
' E- i7 q. f( |- a

服务端：

1. #include <time.h>
   7 Q4 b6 `, m# K* B$ t
2. #include <stdio.h>
   & d  `' i7 }/ |' L
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   * j6 y, u/ v0 V- n& C/ Z1 F9 v
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ) }* T2 ^; |# W
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   " X2 l9 J! S1 E$ m! _
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    , k; V- v9 i  F6 N$ ^5 s
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(){
    3 S  _* q; H5 V" ^
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    2 q  g+ Y; ?- p( g* [' Q* F0 I
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    3 i) I9 s" G4 e9 b
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    % R2 X7 M$ B  E; A$ w3 }* V; M
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ; N; \  j1 z" Q; t# j
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));
    7 _" B2 p( P+ b7 r1 f, e3 x
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
      Z$ ^' f; F/ t. ]' |- v
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.    
    # F$ z9 i( p- l$ F1 i3 J
33.   //将套接字于端口号绑定
    ! J% j8 d) P+ ]5 S  P& g0 a" R
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    6 N  H1 X0 g" h0 K( m) V
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    * @9 r6 w2 s1 r$ Q
40. 
    ; [% C. q6 \8 @& }
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ' r8 i! p3 |$ h, n
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    1 L5 a) w& u/ C, j
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    5 o+ v/ v4 R. r9 B
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    + U7 S; F) [) s5 H  V2 y
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    2 y+ c' s. _% s* h
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    & Q) P0 O5 M. A# q# o2 I
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))
    
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)){
    6 Z& ?0 ~4 S  `  c9 u! Z
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    3 p# w; B% ?6 B4 L$ ^$ m& X2 H
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    7 j" |( S. U' W, M( D  }# [
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    " f+ j# k  B3 }; r
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));
    ( r9 O! a* L: F8 c3 v  j
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);
    - A, b' h3 @: ~
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    % M& m- M/ o; e( Z
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    5 e+ e( G, @+ J  P% G4 N
75.           }
    
76.         }
    ' n- T6 W* F" d5 m) i, G4 T
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

0 K& b6 b+ m) Z: ]3 k6 o


. L( P% W" o( ^7 k) ~  {