您尚未登录,请登录后浏览更多内容! 登录 | 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 18741|回复: 0
打印 上一主题 下一主题

[C] 编写一个简单的TCP服务端和客户端

[复制链接]
跳转到指定楼层
楼主
发表于 2020-5-9 01:53:20 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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
% l  \  U. i! F
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' q# t% B, w* h# V( T
     "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)1 H4 ?" Y5 H& y
* x3 I1 c+ S. P) o0 \6 g

. @9 j. n6 L; i- D* b8 O! f4 f8 J/ O( K* v
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9 l; e- q# v. f" w' K6 T# T, s
       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
- N9 ~: Q7 t& P) m, ?* f

1 [# O0 H7 V1 Q+ G( c. t* y# h
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)
! w  R! ^- F, S+ a5 X% v

2 Q8 ?6 o; Y7 o% w4 o& U
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)

/ x( Z8 i+ r% l7 ^: w
2 m2 ?" ?* Q& O/ F  Q7 n$ ?) r' S) F& V& {
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。
, U$ v/ s; ~" r. a" @

( W( U" N  ]6 E# ]' r6 W. }
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>8 {- w; R9 N- }9 d% R- J& O6 h2 P7 W

  2. % ^" M9 i+ p" t  @- g/ F
  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

9 S4 P" Z# m' e' J) ], z    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

/ s8 I& K+ I8 t( m    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

! ^5 G" n/ s' X/ E" K* T1 L2 c$ ~    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)
5 N, f( z* _+ n
    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。
0 ]- @, M9 i; y. V0 e5 r6 N# I0 P) t
    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:
) a$ d5 E/ ~& P3 j
1 B, E* y( Z+ o, u
  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)! H3 C* ^4 W- E5 j( A2 D

  2. 1 j8 [7 d" y2 n5 n
  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 `, O- m5 E5 a; {

  4. 1 R% ]7 B8 G9 b* [
  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。
- A/ p* Y* D* b( [
" z7 u, \9 {8 k4 V3 b7 H   
1 O! F& A. z( |( `; g6 x
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
    + z; m1 N9 A+ j/ `' q: ^
  2.    
    ; A2 N0 _# C- j& i6 k
  3. FD_CLR(fd,*fds):   从集合fds中删除指定的fd* \- S% ~! x+ g. Q* u0 ^

  4. ! O* l+ `4 w0 c4 M
  5. FD_SET(fd,*fds):   从集合fds中添加指定的fd
    $ ^9 \# H+ o0 R
  6. 1 W' Z% X. M4 p
  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;7 K+ t6 \4 ?) v7 f$ ]0 T( E
  2. ....." ]5 O6 P# V4 @, n0 a
  3. fd_set set;
    " }1 `7 v/ C/ I- i! O! d
  4. while(1){0 X5 _4 S7 z' u* y
  5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
    % m" L4 r! ~4 R! D9 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
    * R" H9 e, @0 z6 @  Z/ f. S5 ?, B6 D
  7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,. a; d( s5 ]6 |
  8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,9 K% u1 V" o4 |. b! m
  9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
    - x( ^$ \9 Y. K  {0 A
  10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面1 i! [. J6 d  m4 Y
  11. recv(s,...);4 h4 V+ y! }  @& C" Z8 H
  12. }
    0 P$ A3 {$ g( {
  13. //do something here
    $ M6 s$ i+ p6 A0 i8 ^0 C; {
  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 o4 g. J+ A3 A

  2. 7 [( R7 X$ w; H5 P+ n4 |7 J: `
  3.    (2)若fd=5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
    - ^/ R3 X% E' J

  4. , Z9 l1 e( B5 a- {- b- `4 N
  5.    (3)若再加入fd=2,fd=1               则set变为 0001,0011+ `% u2 l0 b* E  L# A
  6. " M2 \$ y  K. h6 N; V& s: K
  7.    (4)执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待0 \: x6 R7 e. K! N1 s: `% Z

  8.   c! r0 v7 S' k# Y6 |
  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
' p6 H! \$ P4 R7 w) {8 p! C0 t# j
3 z/ Z) X% h; a, f, j' y
使用select函数的过程一般是:

: X, f& |! f# @. k/ |, h    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。。。
# T( Q7 _% m) [5 S+ E# D

" D8 [. n  n' c9 Y8 {6 B
客户端:
  1. #include <time.h>+ U% V2 o# f, ]- C; n; c
  2. #include <stdio.h>
    7 i! ^. N9 E6 ~8 O
  3. #include <stdlib.h>( `# i1 N0 z2 J$ |
  4. #include <string.h>
      D  }5 T9 P. C! ~2 ?) ~. K
  5. #include <unistd.h>
    3 i2 d7 T" y9 ]) a; z
  6. #include <arpa/inet.h>
    5 ~" p$ X1 l+ q% o+ h# |
  7. #include <netinet/in.h>4 w" c; |9 X! }% \
  8. #include <fcntl.h>
    6 Y* A4 C3 I7 q" w, H  @6 W
  9. #include <sys/stat.h>/ v) e% o* x+ \9 B7 m, s
  10. #include <sys/types.h>% N/ `& B3 U- [, B8 ?, S& w" R
  11. #include <sys/socket.h>
    , d$ L+ k/ e% v3 u* {
  12. - b: h" u. W% d; q
  13. #define REMOTE_PORT 6666        //服务器端口  d' C% W9 g# E* h
  14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"     //服务器地址
    $ `# u8 T. E2 S6 a" ~
  15.   [* Z8 n3 P3 ^. m7 @1 |
  16. int main(){: j5 j* ?( D, m% z" V
  17.   int sockfd;$ |7 ?: J- c; t. C5 ]0 x
  18.   struct sockaddr_in addr;9 i' [+ l0 v4 y$ E; w# t2 Y
  19.   char msgbuffer[256];
    ' s9 f& J' I' R; A/ B
  20.    9 ]" G$ O3 u) `4 ^8 j: o
  21.   //创建套接字9 P/ Q$ p! ]( o1 n" O( S
  22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);$ M* u0 x. z5 J) G7 q
  23.   if(sockfd>=0)
    ' d+ E/ m5 v# T% \# G
  24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);( I4 \8 ~( J. ]. z3 a: B
  25. 8 J' ~2 {, E+ x7 g5 I7 L2 G
  26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    : t. K8 v; A$ C. n" X
  27.   bzero(&addr,sizeof(addr));6 }7 C+ \* o& W. n8 \! b
  28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " _7 X3 y) o: v0 r9 `( G& ]# O% E/ [
  29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ) R8 n! ~. v: [% S" d* g4 G
  30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    4 [# a# k5 _' R, I& z
  31.   1 r& J" H3 y0 h7 Q/ s5 B4 B
  32.   //向服务器发送请求
    + j/ a* D" A2 j, m. T0 `4 z
  33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " T/ L- c; n' v2 ]4 M$ n4 _
  34.     printf("connect successfully\n");5 u; I% }/ g% B+ k3 x" m
  35.    ( M  U% ?$ \( l3 p* O. c  q
  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)* o3 b+ c) b6 s& D( ?
  37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);6 t+ I$ \* i6 V: H; K
  38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    . c/ T5 n5 w! M8 ]' _; b
  39.   # J0 z+ @2 B% D/ j
  40.   while(1){
    & L& ?' h, ~, ]5 v) o- B# e% |
  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
    5 {$ E0 g5 W( p1 C
  42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % P5 ~$ H9 E+ j( `  e9 q* W
  43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));8 h( Y5 @3 e. m( I
  44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)7 K5 U% j# X% J) K0 w' k1 f( S4 b
  45.       perror("ERROR");+ N- P3 O5 M2 y. v6 E' ]0 |
  46.     / c3 t, c# \. |3 ]/ m0 H) Q& C( K
  47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    . [) I9 n2 t# F  Z; l
  48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);$ Z# s5 f; o) b9 H( l
  49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    & k/ J& V0 ^& R4 V
  50.     * h: s- a" C: A% o
  51.     usleep(500000);
    8 R2 t: o/ ^  q3 {+ Q# o4 ]
  52.   }
    0 t1 Q" t/ [' v: q, k* U
  53. }
复制代码

* r; d! m7 h% x, z
. j. S1 t4 |  T  w! R" n
服务端:
  1. #include <time.h>8 r- [5 Z7 w* x4 F2 b: v
  2. #include <stdio.h>+ p3 Y5 c$ U% u; D4 @3 H* M
  3. #include <stdlib.h>" m( Z- C: O7 i) ]
  4. #include <string.h>
    : P: p: L+ y9 d5 l. s& J
  5. #include <unistd.h>
    : T# f( v% }3 a" g$ L) \$ N
  6. #include <arpa/inet.h>5 ]- e3 w- E4 \5 t/ C, }3 D- ^
  7. #include <netinet/in.h>  Y' R0 t1 X$ i5 H
  8. #include <sys/types.h>3 k+ x; P/ ]$ ~0 N
  9. #include <sys/socket.h>  k& f- S( i0 Q6 ?* E
  10. ! Q. i) X# ?1 \7 T9 ^+ v- |
  11. #define LOCAL_PORT 6666      //本地服务端口1 x+ I# L  ?0 c2 i
  12. #define MAX 5            //最大连接数量
    + m# W& P- ]% w& d* L$ o" w" V

  13. ) \& v, t+ B; B' q5 a4 F; g$ y
  14. int main(){
    ' d& q( l; Y) l8 x" ]
  15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];4 _! X7 X8 `0 `+ {5 W1 x6 _0 \
  16.   struct sockaddr_in addr;9 ~% o7 d6 Q" N
  17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);/ z4 n+ g4 q0 R$ `7 ~
  18.   char msgbuffer[256];
    3 b! b% X6 a4 J2 e3 o+ M8 T  O
  19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";. k1 K3 _7 }+ f" i, {1 h4 N
  20.   fd_set fds;
    $ H6 {7 P  H3 |: ^
  21.    : m% T- l+ W) v  p5 |  @3 Q/ l' @8 I
  22.   //创建套接字
    % ]( u9 o$ n) P: \
  23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);. s- Y! `& N) A9 ]2 m' H
  24.   if(sockfd>=0)( w* W5 k8 H# f* ~9 y
  25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 a- ~8 H3 f, V/ K. P6 I! n  T6 m

  26. . Q% I& y7 o0 P( s
  27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 v* p$ T2 K$ v* B. ^
  28.   bzero(&addr,sizeof(addr));  E8 j* P& x! b) c6 P& n
  29.   addr.sin_family=AF_INET;) ?0 p$ n3 }* K, ^/ X
  30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);# w4 A0 ?* J, C( _0 F& d1 `7 n
  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$ ]! Z/ B- @- m2 t9 s
  32.    3 [/ G. q- l7 v/ D/ t7 G
  33.   //将套接字于端口号绑定+ V; U3 S& {. y0 A* }; _3 f, D
  34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 f' T, _- x& f9 A6 j: t
  35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);. M2 r( J  c8 G0 y$ p
  36. . Y) K* V8 S( L1 P' h
  37.   //开启端口监听
    3 _' V! f; s- U% t. B
  38.   if(listen(sockfd,3)>=0)( l% v+ Y/ Z4 z8 w0 A/ m2 Y
  39.     printf("begin listenning...\n");( y' C) ^; A6 C+ v' t
  40. 8 w3 Q+ |6 \2 \
  41.   //默认所有fd没有被打开4 t* ?7 b& G% D/ ~) h6 E# s  L* t
  42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)$ h3 q& w# F6 u3 ~* s
  43.     is_connected[fd]=0;8 |- m6 K" o0 \/ d3 f2 |) G: m
  44. 0 X3 A& [* D8 f1 O; L. o  D8 @
  45.   while(1){, P$ y. \, P$ y7 I$ X- g2 q: h
  46.     //将服务端套接字加入集合中
    - B: [% U; |% X
  47.     FD_ZERO(&fds);, I7 j8 l2 p: T& w4 }+ d# s* l3 M
  48.     FD_SET(sockfd,&fds);' ^" m" {9 V9 b2 [* Z  ~4 }
  49.      " s. K# \  o8 F+ U% Z
  50.     //将活跃的套接字加入集合中& ]; Q# m2 E$ J" g/ [
  51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)8 _: `0 L+ n) c1 o3 ^6 Z9 j
  52.       if(is_connected[fd])
    9 t( Q+ o+ `% a, d
  53.         FD_SET(fd,&fds);. d/ b5 Q0 T  ]3 y3 x9 I6 I
  54. ! L! R- c7 [' ~( c; k
  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
    : m  f) g/ ^1 e4 e$ Z
  56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))$ X0 u- u9 x6 O: f
  57.       continue;/ G3 x& M, x" ~7 j+ y

  58. # m# Q' P; g1 R( [& n! z/ m- D
  59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字& T1 r, a9 u' F
  60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    # X* C% O! E/ q4 L" a
  61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){/ z! l( X, E2 s+ u0 F
  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 l' J: i8 Y/ z9 ?! v3 s# d
  63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);: U. x4 v# i/ p0 w: `
  64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语& T6 l1 ^5 N3 L
  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' a* i' `2 T5 [/ Q( Y% J
  66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    . L$ X$ I6 P" v, B
  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1 n! C6 y- G4 d
  68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    2 |$ l, @8 J9 }0 ~) c8 Q
  69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));& m8 O; y6 @2 w. ~2 K$ A* T
  70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);0 s7 J# P' S& S9 n# w9 r, K
  71.           }else{
    7 a: I/ _3 _, F# [3 D
  72.              is_connected[fd]=0;
    # p3 q. {1 X; @+ z& U  Z4 K4 Z
  73.              close(fd);
    ) h% _2 u% O+ `( m  ~* j7 w) [$ {- E
  74.              printf("close connected\n");$ V3 o2 `6 O. c$ A" `/ n9 u0 M
  75.           }
    , D2 A7 ]( ^8 d  ?& e
  76.         }
    " m( v! h3 K- p7 U! n1 H2 W
  77.       }
    9 E5 r7 B, T# G$ U& q
  78.     }
    8 V  }( k" f+ U, u
  79.   }
    ; @0 X  X7 I) X) f  E
  80. }
复制代码

8 `& y+ ^( k, }/ |+ z. Z' t# {! R' d8 P/ F

( P* r- x9 h' ?3 ?$ z
. B& ]5 ^8 |" E( @) d, [) l) S% e- f, U5 y3 z* S7 V3 H$ M. j

& @% `( K) b5 o6 p, L2 e- {
分享到:  QQ好友和群QQ好友和群 QQ空间QQ空间 腾讯微博腾讯微博 腾讯朋友腾讯朋友
收藏收藏 分享分享 支持支持 反对反对
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

GMT+8, 2026-6-20 00:14 , Processed in 0.059673 second(s), 23 queries .

Copyright © 2001-2026 Powered by cncml! X3.2. Theme By cncml!