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。
% a  w. I3 i/ f

     "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）

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
, L% F8 Q8 e: U! f& p* h

       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

7 T  B" |9 ~. Q. Q; R

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）

" H# t: \8 B2 b, X

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）

) o9 x. K6 O+ H9 V, H

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。

3 U& W/ S4 N% ~( b

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

) }, X0 M0 k$ h( D' f5 V6 Y" D    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)

    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。

) z; e. z& e6 W5 x    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）
   
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）
   $ }; p6 J* V6 L' M) A
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
   
2.    
   , ~5 O- H* F% @, N7 s$ a& \+ v
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   " ^8 p* l" }5 C' f0 s7 k( o
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   # v6 X3 u5 r+ n4 w8 l
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;
   3 B/ }/ ^/ P) R* P" b* s
2. .....
   
3. fd_set set;
   5 C/ r8 y1 N; e, K
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
   0 a: P, R+ |$ A0 o# t* G
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   : L2 {; G$ J8 P7 ^
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   " Q/ s+ w6 n+ U% P
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ( [2 K. ]7 S* h( Q# w" g; A5 ~6 E) G
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    , ]# p" O. W# o6 Q1 A" ^; `; J
11. recv(s,...);
    8 L7 n5 ^' A0 U/ P6 W
12. }
    
13. //do something here
    % L0 {* C$ G0 i  ]" r9 e3 I
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. 
   - p& R: t- J5 ^  O
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   - d, Y5 D7 {. H' G9 A
6. 
   6 \, o7 j/ V# v5 x" ^
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   3 F+ O1 _3 _  m  s) ]
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

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。。。
/ @  f( \9 F0 l2 ^! @/ G

( J# p9 o# m* {% J4 E9 [) g3 B9 i6 c

客户端：

1. #include <time.h>
   ! J  K9 t. \$ Y( S5 t9 y0 h: n4 ]# u
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     g2 n2 U! w& Q3 o9 Z
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   4 i0 ~' f4 \3 `- d/ H& i$ u
7. #include <netinet/in.h>
   0 c/ n9 k! T7 v
8. #include <fcntl.h>
   1 K: _4 |5 b/ I1 x
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    3 E2 l- y( h. G" V% ~9 V4 Q
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / Q( k9 s5 v& M6 O& i. T6 [% b
15. 
    % ~6 q  o5 b, g% M1 @0 s
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    , B/ |5 l, p( d+ s6 i
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    1 }* ]& R, a; `* W4 C% W" l
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ; V  h3 Z+ D8 h9 f/ E) A
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    $ E7 o& J% P* {9 s, [" w( K1 F
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    % t  h2 H) E! y; y# ^, B
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    * m; X# d6 t" a5 F  F& W0 L
32.   //向服务器发送请求
    - o* Q; |" ~$ a+ e8 b" ~  A0 q
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）
    4 E+ f. o$ ~  C: K  I
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ! I" n2 `5 T& h. k7 x
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ' q+ f3 @  _/ j: d
39.   
    
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    2 L& N2 V5 d9 Z" v/ w" d4 O
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    $ t& o: k* V6 F7 F
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    8 ~0 s1 D0 G. n9 K8 @& `1 k" t
50.    
    - [# @0 {* I6 h6 M6 x1 L, `" c8 ^* L
51.     usleep(500000);
    3 \) b( }6 d! U$ X/ y" a
52.   }
    ; T0 {& V% ?8 {! Q* p0 N
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   4 h. I% ?9 u5 n; o
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   - m( s& D/ ~/ g( G
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   9 a8 p4 D+ m2 b: W* w3 ]
6. #include <arpa/inet.h>
   % X  `& L0 J. F
7. #include <netinet/in.h>
   7 T1 s6 U+ x0 Z' X1 d- \5 q, w' t, s
8. #include <sys/types.h>
   : S( t$ s, n0 B/ r
9. #include <sys/socket.h>
   * E" q. V: m" [% W; x) m3 |
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    % _5 ?; _' y1 e0 w1 X- s
13. 
    6 @1 Z; @+ m# F3 Q% v
14. int main(){
    - ]# J" O+ _+ ~& c) U* ^
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    : W3 @4 o/ G. e( d: K$ Q/ T
18.   char msgbuffer[256];
    1 E# t, v* R* }# s4 y% h. u
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    * L7 S+ F2 K! `- k, p4 i
20.   fd_set fds;
    * e, ~8 X7 }( h' ]
21.    
    4 U& ?/ ]% u7 r2 V, B
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    " R- v3 O9 Q( l
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    " X- P& L! i0 K: h2 B) L
26. 
    2 g* U$ N8 o6 {) ~
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ( V& x& Y/ o- @1 Q2 R) E. O
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    4 E( O' W; J) l7 Z# p" g
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    / o* N  z6 S1 V9 a
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 w# j* `1 I2 c( V$ z: q
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
    0 S  k) d2 l& _' A0 @8 R6 F5 L# U
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    * k5 P  _' e  }
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ! W# E0 m% |6 _' ~1 P" E6 W; K
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    , y( Y4 c8 I7 [* r
36. 
    
37.   //开启端口监听
    $ y$ g4 I# Z' @" U( Z; v
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ! }- s* M) t6 N, f# f* e' I0 Y
39.     printf("begin listenning...\n");
    8 k9 e8 H7 k& |% z% m
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    3 k, b6 h* @, ]
43.     is_connected[fd]=0;
    4 d" e' m) ~7 A( o
44. 
    / t. C- x- `( K& u3 ?5 w) q
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    8 H% ]# R, i7 P% k$ _% G. V
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & p7 G% ?2 }# \& ^
52.       if(is_connected[fd])
    % p" W& @7 Q5 P2 f, @$ u: i
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    # U# w* a6 b. j- |2 m
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))
    1 p$ Y" W; T( D: \
57.       continue;
    4 r& A) k; e$ B) W
58. 
    & p/ K: W( i9 a2 z
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    - L0 n. _# p* o- d* w6 P  T1 t
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    " X- S5 w8 [8 x- H$ a: x' ~6 ?
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    5 O6 C2 _3 h- f
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    , |4 J8 k7 D8 g# h6 ~4 r' Z
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
      \8 E9 A5 m  ^8 ?
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
    ) X6 V) ]- J+ {( s" ]
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    - H9 X; |4 s; x+ I9 h
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
    7 E* W/ H% e9 D
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    / \+ d- T8 [. m, h& Y& V1 L8 t" h2 h% ?
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    7 b7 S4 m5 h  C/ J: \% m- }1 N
72.              is_connected[fd]=0;
    5 ^0 a% H2 I9 d, d; h, t: \
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    2 s0 g- Q' e9 e6 E! O
76.         }
    
77.       }
    # o4 u3 G& Y3 T
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

8 Y8 ?4 T" k' z. H
0 f& ]( M& |- g2 k