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）

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

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）

7 N; ^8 t: G+ j: ?7 _

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）

, W- A3 z3 g0 W. \
) e9 Q- m% I' H2 h
3 x0 H: `# Q. D

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. 
   ! f3 H# w  z- B1 O8 G" t
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

- o- E3 d0 }2 x3 S- u, ~    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

; L" O) H- x" `9 D+ N    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)

/ Y0 `7 m' c1 _7 y- a1 Y; e6 G    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。
' r  U0 z9 n8 z
    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. 
   & @- Y# q( P. f5 s% U
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）
   8 h: j9 q' b; O' s7 Z
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。
2 P4 K: g! \8 I3 {; O
* o7 q8 ^" T8 N% o1 u% L. f# 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
   
2.    
   + b/ y5 q5 W% H: t  Q7 }
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   9 Y, h4 j9 J& z, O% t  {
4. 
   6 O* V' J( q/ Y  o5 r
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   0 Z/ U1 O$ F, k! n$ S3 S: u' z4 k
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;
   ( k4 f3 d; b/ |& }0 f
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   . b5 A; Z8 t; C: [1 q* T" 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
   1 w" M" l3 q: O( u- K, r
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   6 [2 y9 X0 }* C
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   8 T7 C! w9 F* K1 d% V1 e% `" g4 v! A
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   8 Z6 F( {) d8 m1 v7 X' I1 G% {$ S8 `
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    . w2 M9 V  D( U; M% Q. |  m
11. recv(s,...);
    
12. }
    ) X# g7 `  u1 U. ?5 Z0 g. ~
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。
   ' G  J$ l* t, R5 q! I" t' O) a  j
2. 
   
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
   2 t# W, {! m% I5 N. n+ u5 n
6. 
   / D  A9 ~& a* r; B" o6 p; ]2 i# P
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   0 B) M+ s/ B3 i% K* b6 S; o4 D
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：

    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。。。
7 C% H5 a- T0 g2 o4 U

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   3 Q7 c- b, |2 Q$ a
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ( @7 x; V* }) ?* _8 G% \7 ~# @
8. #include <fcntl.h>
   * k1 }$ D! e1 I  y* F
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    : ~' E2 d  |4 l
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    " m9 o" _0 f1 I9 U. }  y8 ?* M
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ! E9 a) W& t( u% G. i
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    ' k: J, E/ t: s7 f# E
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    6 [+ N3 p* w$ Z9 C& z/ @; L
23.   if(sockfd>=0)
    ! L8 s4 a# c8 A0 Y0 M- q7 H7 I
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    * s: ~$ Q; P; t1 C+ X
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    , O* k8 H# m1 h+ t, p  m( _/ O
32.   //向服务器发送请求
    ! Z: U( |  t5 W" j( @
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    4 R& x0 `. _& O  {1 I
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);
    . R' V" i% E7 @* `# @, v  M# R2 q
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
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
    ) v+ i0 s+ t; Z; ?8 H
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 p% w$ g1 Y. j( E* Y" G7 V2 u
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    " K) O9 O9 t# {1 h( a8 @
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    4 J4 C* y. S; N) s+ r. w+ u
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    . Z; y1 Y3 u' |. N/ k0 q
53. }

复制代码

3 D5 X" S, K1 F
- u! S% f  e) n

服务端：

1. #include <time.h>
   8 y6 h' H& X& O. {- p" n- c
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   - d/ K# f- n1 B; k& V$ `
5. #include <unistd.h>
   * t1 l" u: K4 ]1 }
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ( I* x0 J5 f1 f) }6 |! x" g+ L
8. #include <sys/types.h>
   / I) T4 y: b+ V% L- S: u3 T
9. #include <sys/socket.h>
   ; y( i. R( F0 e2 b) D5 D
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];
    ; ]% F" T2 ^# D) o+ _% G
16.   struct sockaddr_in addr;
    / x3 }, r. X& `- D9 j
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    5 K. x3 @. X4 L) W
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    9 y3 N/ V: N3 ^3 e
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    # X7 J0 Q5 M! n7 N( d- M5 L
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    6 c. ?8 l& Q* T" |6 `
26. 
    . a8 K$ z- Z' p) i
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    4 s0 g# w/ [+ V
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    : L4 z7 Y/ m) X( V
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
    5 J5 T' A2 s! P& Z5 d
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    9 g- h0 j7 E8 T+ D* e5 Q
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    3 N5 v* \# y8 v: K, D) z# a% [
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    5 c9 {3 H. B/ z
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ' k( j5 B! }0 I/ J
39.     printf("begin listenning...\n");
    / u6 f! {+ z- Y- S! C
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    * \6 }7 W6 M1 m
44. 
    
45.   while(1){
    $ p- T; i+ P2 D, `% O
46.     //将服务端套接字加入集合中
    8 O7 ]7 I. x1 _  L# N
47.     FD_ZERO(&fds);
    0 z' p( O  o3 a% p
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    % @1 F5 h  S9 D' B8 K
49.      
    ) J! R7 k0 k6 \* S$ |  i
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    , S3 _6 b! j! R" g( _
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 n* G7 i; Z- ]3 A% A- l5 M" Z# W
54. 
    2 Y% z" T! Z: L
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))
      A. x/ H! R% ]  a/ ^6 m/ h6 W
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
    / @, O  B  _4 f: W; _7 p
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    0 ^( Y$ N# E4 d: U
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);
    % u' J, U1 J' v- L+ n  ^
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));
    ( T8 f. I# Y  |6 y1 {# P
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
    ( M; C# C' }7 b  H. r
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    / e. C& ~! H. t, c
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    8 O9 D" i; ?* `: ]2 u
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ! e. a! {- [  a9 Q) K- D
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    + V/ I. B% ?8 k  \
78.     }
    
79.   }
    ( k% z0 a. z4 E# Q6 q& p
80. }

复制代码

: p! a! {4 t( h' [. s' G6 o
3 V; k; V7 d7 p9 Y6 I$ V

5 Q8 M3 ?% f$ x0 M! b; w$ P
" E1 v: i/ z, I  w6 c