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

3 M7 u) F& @! B- r' ^3 \

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）
) G0 l/ S4 Q% O% \, ^

5 o) x' b! m7 O" |0 M

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

. V: K3 a% d/ V: g  O' }3 @6 a

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）

$ ]! u9 ]. \1 |" a+ }6 L
" s5 L, D9 n) b) O% h' j% T& w

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）

, _4 n2 C9 D& x6 z% x: e5 I
5 k: ]6 c7 B5 f/ L& Q

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. 
   
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

8 [/ P- q$ @  x( y    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

  t# ~; Z/ _6 R) w* C    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)

/ U" ~! @2 F7 I  q+ i% Y, V    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：

& U* {# L+ W$ {

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）
   8 `; ^. F$ ]' g2 z
2. 
   8 q, j  I" J6 u& x" v6 ?! D
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）
   * ?. `7 t# b6 W9 F; m' T
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。

   
- Y9 L* x. z( H9 D+ a, s/ 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
   9 V! Y4 V# j" \+ C" `5 G3 P" c" Y
2.    
   2 w3 I! s- g. w
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   7 q4 e5 m8 P) D' N
4. 
   / @& v+ C0 b; v
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   , U: t& y: h5 ^; `: 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;
   . Z' O$ v6 Q. F3 s0 M& K
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   + R- M  S0 T$ m
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   & N6 b& x+ j" p1 Q
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
   9 b+ K! m9 h% D* Y
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
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,...);
    
12. }
    
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)
     L; P6 t2 @/ C- n. H
4. 
   2 t$ Y+ m6 F" `5 |
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. 
   
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：

( _( k+ R- R( P4 w, {! Y5 j( 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。。。

0 E% m6 G0 R8 h6 d0 J

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   - e4 K1 j+ H% y7 e- ^
4. #include <string.h>
   1 f& D1 r6 ^, O, X) |- u6 Q2 n; u
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   7 `: u: b% @3 ^+ U
8. #include <fcntl.h>
   8 C/ e) k6 Q4 R6 B# R& z
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    * t( O' Z% f% R
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    8 N* J( p9 J4 M  l" k5 j. p
15. 
    - i! v( X8 |" C& f  }) d
16. int main(){
    % {  r) m/ q8 S
17.   int sockfd;
    . s" Z2 r  J) b
18.   struct sockaddr_in addr;
    0 v$ f. K: R+ Z' X/ R
19.   char msgbuffer[256];
    7 x' P5 n' k* B5 s+ a. q: f' k
20.    
    % n1 @( P; ~+ ]! J2 P
21.   //创建套接字
    / B9 h4 X6 I) C: H# ~+ j* @+ H' W# N
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    + a% E( x9 ]# ]- u
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    1 \2 g  P; \) h; j
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    , L9 v) X/ d" i3 B& V% z; J
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    0 c( O. A+ i7 O' O) N4 H: d: u
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    & m7 `* [: o7 w) |: _7 G' q& [& J1 H
31.   
    , L' U# @& }( ^0 f. D7 W1 `8 h
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    ; D9 J8 n9 ^8 [  w/ b4 V2 O- U
35.    
    - I+ c7 j3 ]0 e  J/ f/ V
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）
    ( i5 g6 w. p; k0 F# |; \
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / v! h8 c' \9 f) u
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    . Z/ d4 R, D% z) K* G/ M7 L9 |4 Q8 [
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));
    * l+ Y; a9 |7 w4 X
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + S8 R1 U4 L6 B# j- G6 P, @
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    . Q! X5 a. O) H/ e
45.       perror("ERROR");
    + X: I- \( r2 U* ~) J' P
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    & v9 [  j9 u- v9 C+ f
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    2 H8 d* K5 w# E3 Z
51.     usleep(500000);
    2 N  j6 f5 f! Z4 P
52.   }
    , K0 X' @& N3 b# _8 j
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   3 L: @" M! w* F4 e
3. #include <stdlib.h>
   & j2 W8 T" W9 i6 |/ N% _# X; h
4. #include <string.h>
   / ?4 x6 q* B3 Z+ w2 F
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   " V# A3 ~: P, ?/ B! g
9. #include <sys/socket.h>
   5 ~3 S1 v7 E* x1 v4 [, B* S
10. 
    , C1 o6 i9 h' r
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    8 K$ d: a2 r5 q  `- l- V5 a
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    9 ~9 L% u7 P0 I: ~' w
13. 
    1 ~1 E* y+ j6 F4 v; w
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    $ }* A+ Y) ]0 l% F/ _% v
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    * d5 i9 L( z" R3 D  {& m& m( j" q
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ; s$ g/ N" l0 {) n! [6 T1 M
21.    
    
22.   //创建套接字
    : M; v/ }! J5 v4 g- I9 C
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    + C. {7 C- F& q# M$ ]2 S# s2 e. Y
24.   if(sockfd>=0)
    + d  A3 r4 z: q# z+ A0 w9 V8 q9 _
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' e# w  P/ o) t) n
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 ?; G% G  g! }2 o; s
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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
    , v4 s6 `+ I$ G$ \- r$ `: Y
32.    
    4 ^( W' u8 E: S  U
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);
    
36. 
      [2 P+ I4 \. u4 j# z- s
37.   //开启端口监听
    : K$ v* A; |+ N) b* l
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    + P# ^& ~( N# B) v
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    5 F4 A/ ^) i5 [3 B* k
44. 
    8 i  m+ e, K* a, Z) M) {7 T
45.   while(1){
    0 ]+ L5 Z+ \5 i5 I9 h( ?1 d& A2 \
46.     //将服务端套接字加入集合中
    7 o. H  ^1 }8 ^. a( N
47.     FD_ZERO(&fds);
    ) r, ^/ A2 k; P) M0 U+ C/ k
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
      B& b7 k' }, b1 D* K( j) g2 g
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);
    
54. 
    5 F5 x4 x& Y( k& v
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))
    5 y; k0 a& s4 T
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
    6 x! K1 L# q5 m8 E* o
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    $ b! G2 q" s' y# @) O
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
    - q0 ]( g. H  X% t. Z/ 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
    * x9 m: C( {# N/ w4 w$ E
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
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){
    4 @  L$ p& h3 z* w0 d, ?3 q
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ' E0 H* R, n, B2 w  c9 |
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ; \; g) ~$ Y8 N' J5 j; r
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    / |4 B5 `; @) f! G9 U2 s
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    " V  S( \; L" }, ^! X
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    ; |4 E1 B0 Q8 [+ p$ |
78.     }
    
79.   }
    , S  v: F0 X- n  j
80. }

复制代码

$ K7 f1 G% M% B$ F
8 q$ k3 T7 i' _0 R& \( x$ w
  K* D8 G  P$ Y, Q( T" F
/ }, O$ [; O6 L& [0 r( l/ O. f* q