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）

  s4 N( J/ C+ d3 j- d( t" @; p+ k
- c" l1 L4 i+ ?

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

$ q0 Y# @  B% {$ u! e' \& W4 r8 D1 x

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）

6 q! ?4 A# Q/ D0 A

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）

- b7 V. m1 ~/ [+ s. M6 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。

7 p( C# |. P& A/ ^! T! L/ D( H

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

    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。

6 f9 s3 Y0 j( M  \. h    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)

; x# b# i( n; ^7 x) i+ P* Q+ e    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。

- O  u& h& |3 ~8 Y( K0 F5 I+ c' C    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：
9 u9 j# x3 y, _9 Y, q& \

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）
   . _; ~* n! \) Z' _* E; F4 ~* ]8 \
2. 
   $ i( M- a  j+ v- \' p/ x) M
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）
   & p" d; I& F1 P+ u2 f0 n
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。
3 @5 M4 T. u( A! P  V
   
% ~6 A8 J! p; C# R5 S; J1 @

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.    
   ) U7 S1 t3 z- d8 L3 l6 i
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   0 n* j; ~' K7 e4 V8 f8 W  I
6. 
   4 [3 {* W/ I5 M
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   # t9 @( p0 U+ }
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
   
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,
   ' b& T6 t/ l9 M2 h9 L
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
    6 g. q7 U% b: B9 n
11. recv(s,...);
    2 N  t# p2 n" o+ \7 m
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. 
   0 a+ Z/ M- b) w' z
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   ; r0 l0 a9 h$ |
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ' h* \2 p5 B( G  z6 R' d" t
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
     Y: H% }8 t# }' {2 Q* ~
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

* X3 H; A& L  h

使用select函数的过程一般是：

% b, _  C; x' O0 U0 c    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。。。

$ Z( \4 \; s8 S, ~0 k. O: q

客户端：

1. #include <time.h>
   0 L( r" M( [' [* s$ X( m: ]; s
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   8 Z; N& x5 j' P: t
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   . c" F: p9 t1 t: S) h$ m$ o" O
6. #include <arpa/inet.h>
   9 B1 a, |, _  y4 m4 F5 b0 x8 C7 A0 ?
7. #include <netinet/in.h>
   : O/ ?0 z: V2 `7 Q5 L: M
8. #include <fcntl.h>
   3 i9 R; ]! X% u, \. e4 r
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    % A! F% c& Y4 a& L6 M
11. #include <sys/socket.h>
    / x7 {1 u7 T/ N' a; k2 P
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    2 m0 f6 m6 L3 ^5 D
15. 
    
16. int main(){
    ( l8 X3 k& Z+ b' p
17.   int sockfd;
    % [) a, L! ^' z9 y* @8 j
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    . `3 e" V+ ?7 l5 S. V7 ?
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. 
    + e; P. [5 T! p# m: h: {  S( U
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));
    + o5 z  b8 B6 {* U/ J1 p( X
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    * d5 P4 N8 u1 x- ?# L4 |, i/ e" M
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    * V1 c9 H/ Z, \
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    # J3 V4 k/ B* J& ?& d
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    # G6 Q7 K; G( R& t; D6 e& W
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    . K! }5 \" I4 l% [3 m
34.     printf("connect successfully\n");
    : ^0 S/ l  ~3 ~  @4 w+ ~
35.    
    / ~- d" x4 g- x8 w2 H
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 h: Z) }3 m+ M- q; \
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    # \. H6 V" i; B, d% k
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 f* D5 Q" d3 l) b) D% o! h( @1 I+ w
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    ; Z, E! G( r1 l# z8 k9 Y
45.       perror("ERROR");
    # K) V  [/ B, e, w# L
46.    
    7 [' B* u' ]* G6 |1 {
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    " E$ }# W9 }2 Q2 u
51.     usleep(500000);
    5 U* Y6 |& T, H% m
52.   }
    
53. }

复制代码

  F5 ]/ _& x2 f' l6 l8 _: F
# ^; l) ^& e7 ?+ C  {, F1 g

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ; b' k! {) ]8 `0 B. x) o, w# C
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   9 \# r  k% |* O; g
5. #include <unistd.h>
   1 a7 n$ \$ w1 O7 Y. e
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   , X# K* U1 K7 K9 V: T, @0 q7 e8 L
8. #include <sys/types.h>
   : {" K7 m& z3 @6 o
9. #include <sys/socket.h>
   * l7 |0 Y) v; f' _0 j* C. R+ R
10. 
    ( P. {* Q) P3 W. s1 d" P* {
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    & K# H* n  G9 q0 @, G0 B, B" g' g
13. 
    9 p, V/ z  y; n& `* J" m) `
14. int main(){
    3 M' ]! ?+ T$ W
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    . J& B9 X6 E' Z
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ! U" y( J% Q! d$ @
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    1 _$ d# r: R/ u! L- Z
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    % N( V# E- D& f  a, a/ Z
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
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    $ Z9 @/ @) v1 D2 t* a  n
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    , V+ R- D  x& u4 P; F* H6 ]. m
40. 
    7 ?5 `1 w0 `% k( ?! z
41.   //默认所有fd没有被打开
    ) I& ]& K/ G' R% ]  w" W/ C
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    2 S8 Z+ z, e: h
43.     is_connected[fd]=0;
    
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);
    ; x- ]8 y, p0 S' I
49.      
    7 h/ i; t4 j; U0 |) E0 g
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    4 |" s, k9 h7 l# g" t: D, j
52.       if(is_connected[fd])
    & D0 f5 x) D) S/ d, u- {: U
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
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;
    , }: m+ _3 m5 `2 r+ D0 p1 p7 _
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
    ) t- E6 y" d7 c+ J9 r
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    3 q$ ~! v% g' n: S  |
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    3 \/ C: }& W7 E4 ]0 E2 M
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
      T5 v( t7 y! z8 _4 H" `
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
    8 l( M9 m! a9 ]
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
    ! }# f- J$ k3 h
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 H) f# u0 K, ^' A
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    + c: a. `, Y, u6 ~
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    5 l: r% r0 ~' A# f
74.              printf("close connected\n");
    ( _& o- X* L2 ^: [3 n5 n
75.           }
    8 T$ M& Q5 i' |2 C5 y
76.         }
    
77.       }
      k6 Y! B/ [3 U" u
78.     }
    ) D7 h# W0 V3 [* c/ f
79.   }
    
80. }

复制代码

/ t9 H' P' h: C
4 A6 M, K" f% ]7 i$ D
3 Y4 L7 [5 a5 u! _
- A7 N' M+ d3 F  P

; w9 h9 I; P5 R