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

2 L. H3 v$ y+ K+ e# e

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）

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

( h6 |  [6 a9 \% R6 S

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 w' Q* x' S6 P4 Y) {$ ?2 M; t
9 N3 `8 G* @4 I  y3 ^) O

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。

. {0 c: k: e3 h! J
0 F) Y5 m  c7 a. i& {  v

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

4 i: q$ z0 O: p5 c1 Q" I0 \9 R( \( e    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

# I& H. q5 |! K) J% r    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。
+ {& J3 h6 u. I6 j
    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：

, ?) p( z8 h( p6 z( X6 O# K

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）
   & L& ?/ e+ i! T# m
4. 
   ' U3 Y! y; a# A& c5 W
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
   9 r2 I- [& W( l: W8 h2 Q1 G, i
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   5 M6 S- l' V9 x- I2 \) j4 U8 O- [
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   3 D9 B9 t6 U  a: Y. g. Y. e
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;
   ( [( p+ W1 M8 v3 T4 V* j
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   - K, ?9 ]4 z/ a7 T& j, J; E
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
   - P! X2 [# V" F; |! z3 w9 T
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   5 w2 ~: F- a$ `+ g0 Z
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
   ( B8 {1 ~; D% l) i1 u
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    1 _& [) p2 F5 h8 W* @9 ~: w
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。
   5 K; L( X6 D- T! N! k9 U) n: Y
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   : G, z& ?0 c- m" H) A3 G+ V0 J
4. 
   . n5 a9 m9 ^* f) T) [
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   . r9 Y5 B* c& \: s
6. 
   4 R2 J1 q: p" i0 k
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

1 |& Y1 f) f+ @! J, Y, @2 {( e* O

使用select函数的过程一般是：

% o: b" O& q, ~! X2 K& Q$ e; @    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。。。
. g* C1 V! R2 ?8 |  X

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   $ p; Z! z' m  }; h9 {+ ^, a
3. #include <stdlib.h>
   7 T2 m$ t4 u/ {2 j
4. #include <string.h>
   . j. T6 t  d5 L% v% m0 I6 b
5. #include <unistd.h>
   * r/ Z3 ?6 W" R0 C2 Z/ ?) k4 R* Y$ a
6. #include <arpa/inet.h>
   7 ]( G6 m8 d5 |+ b6 c0 C
7. #include <netinet/in.h>
   - p9 o7 V4 Z% `
8. #include <fcntl.h>
   % C7 a6 f2 W& I' a
9. #include <sys/stat.h>
   * ?% m/ U1 ~3 h
10. #include <sys/types.h>
    ' z6 o6 r, `/ h' }, n0 e0 t' G- T0 ^
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
      M; t9 V0 ~. J+ b! H0 Q, E
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    2 P. K( ?/ ?# v* E2 ^- C. @
15. 
    
16. int main(){
    0 H9 `- W* T; `7 V0 t
17.   int sockfd;
    - i9 _7 p4 Q( i1 Z) }& v* d
18.   struct sockaddr_in addr;
    % q' [, [. r+ P. F8 ]
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    / V* s- D, n/ J6 I' ~
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    - y" K! r: X4 M: m
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    7 ~* p1 {9 W6 Z
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    4 ?4 {* n) |% M* o5 p
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    & P& ?- C" o; |& P
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    ! t! j/ F) {  s+ J6 T8 ?
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    / |+ n6 E: P0 q/ o
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）
    # O5 v2 T1 x$ H7 s9 t
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    , f2 m3 N& ~- F+ |, T3 @! U5 Y
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    , M& j' z8 e$ O# A4 X: ^
39.   
    
40.   while(1){
    3 Z( J  `/ {: v) {
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
    : U9 ~% Y% p( K0 p4 t5 E
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    3 V8 H7 @/ r, ?5 a
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
      F# D" q8 N  m) g  C# }
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    : j  h/ D$ Z5 R7 b+ U" Q
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % e, ~2 ~% u8 |7 K7 c. z
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    9 p/ D2 Q8 J$ F" F$ T
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

% ]3 G' @+ S6 P' w$ I& A
& B- p1 p) u. U2 [# Q7 I

服务端：

1. #include <time.h>
   " T+ q7 ^  ^3 F3 {. }/ ]& o
2. #include <stdio.h>
   ' g' z3 X7 o' ?. B1 w
3. #include <stdlib.h>
   - j8 k3 y) X* o1 u2 f
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ' f5 {& `7 E; Y- r2 D
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    0 u8 b- n9 }1 P9 |1 ]& q: Q
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    9 x8 I% p5 s+ A! o4 k
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];
    * q+ O, l3 M  l6 o
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    - \8 i5 W# h/ d% A9 c  L
20.   fd_set fds;
    8 N# q: I7 b" P9 Y8 n+ o* w
21.    
    , p% }; r* e! F. s' t
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ! Q2 G# K7 t1 O
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    * I: i% [# {9 q4 z/ `& y8 b
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    " T* v; B) I  ^
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    + C) O- r0 p! }1 X/ A
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ) e# @/ Z: S& P; ~4 f" Q& E% E
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    " P' F4 Z2 z4 ~: T& ^/ Q' z% y
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ( X1 q1 K; o% D/ T5 G  j3 ^
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    & k  F6 R4 p7 n* V
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ) E0 P# n4 g4 V; E. Q
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    0 m; v/ Q$ T6 M& D4 M
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ' ?. J4 n, ?, d, d. D9 }
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    " V' T4 z+ k+ i& J
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])
    ( h2 E8 S$ }- G* T4 |
53.         FD_SET(fd,&fds);
    # A/ i% _, e& I( [+ D2 K7 {
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;
    ! G( X% t! ~; J1 U
58. 
    - y" m- v# ~0 T) I4 V; m% @
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)){
    9 B8 H# b+ a. d' U9 m+ f: 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
    
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
    / H  B% {5 b* F; O) W( ~7 S3 y
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
    . x0 i2 D+ S$ m  V; D1 t0 e& v
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    - q2 p$ a; y4 ]7 _+ D0 C+ Q) O6 P
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    0 a9 c6 Y% ]' H$ E' N
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
      I6 ~; i" o6 J7 ?7 X( Y0 k
76.         }
    
77.       }
      y; H0 n; v! g$ r, F3 x' X- u
78.     }
    
79.   }
    . M% O5 t; {( O
80. }

复制代码

+ U# M, e6 T- t7 v' ^; e
( b' g5 `) r9 T1 s) V3 |