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。
4 ~0 [( z2 f6 e- e& e7 f( x

     "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）
( R  T! e  [: N4 b

5 Y% b5 M7 |, f/ h: T
5 ~5 k& \8 K7 `8 c

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
/ N3 @# S4 t+ ~, w

       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

9 U, w! R9 l" ^6 Y3 J

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）

: `& k: z& K2 X, N4 g4 `
2 H8 y% v3 }% Q' X7 r! E5 T

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 y# k! I, E5 ]9 U& m2 K

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。

2 f# m% |* V" ^- U
- Y3 d( {- k# r5 ^  i. D0 X# @4 t1 N0 _

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

3 }( Q: S( s$ v: Z9 o- d    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

7 F5 U0 ?+ l8 z7 F  S4 P, r- A9 o* M    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。

6 }( k; X# y: o3 X    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：
) j6 V" y8 Y" N" ~5 L- O9 y

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）
   0 h2 q) B# Q% N/ B4 J) P& w
2. 
   6 [5 X8 ]/ O4 }( _* f. @% \
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）
   
4. 
   + a  t* h7 I" [3 |5 i
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 Y$ S8 }" i1 t2 O   
7 h8 H+ U6 C9 y/ g1 z# h# i

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/ q' [. v( G. h, y" Y
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   / X" L7 f3 s$ l) U7 v* S/ p
4. 
   0 V( i" c7 O7 @
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 r" I& u7 i# C* ~$ O9 ]2 k4 J, Q: A
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
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,
   * w/ \( y- B8 f1 w) [
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ' p& X/ ?0 M% S7 N
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   1 _1 f) {2 b( ^, u# |; ~
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    , a8 N! c) b- ~9 Y! W$ ]( X8 d
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
      D0 c; H# ?' n. r3 a0 U) p
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)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   , }) M0 q3 y) o6 c" s* ?6 k
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：

    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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 }3 R# K1 r  S/ }  X" x
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   5 R% g0 ~. t. o6 L
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    * W4 T# E) h/ H1 ]9 s
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    9 W( E8 R8 f: H7 z% R6 y$ @5 ?0 m2 u
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    , S6 v. s" Y+ @* Z( V; O9 j
15. 
    
16. int main(){
    4 \1 L1 G# ~; r* M2 e% D( P
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    7 `; ]& O% @6 |% Y! M( e
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    & E# }6 z. |: M+ F2 V4 c0 z+ Z
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    8 A' \, q3 G0 g  X
23.   if(sockfd>=0)
    + G5 z$ e* z8 r" S9 p  m  m0 I
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( i: z5 J  V" N4 X# N9 d1 [  L
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));
    0 M, c) j: o5 M2 Q! z
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 }4 e4 }6 p3 L
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    * ]* b) \/ y. F  j
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    4 N! m- K) _- z* ]/ M
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）
    3 r" F- |/ w6 T5 N
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    " Z8 ~$ S- u+ k& l0 @1 W- Y7 U% r
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ) v7 M2 l& \) S9 F; \5 b: G. S
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; K' G, j; ?( |2 W
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    ; f2 A4 ^, P7 q4 _( @% r
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    ; i- c  E8 P, g' e% F: R  ?2 U# s
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   % F( |; ~/ z( _$ t
2. #include <stdio.h>
   " \; ]' U! S, j
3. #include <stdlib.h>
   7 w. N% Q9 ]# Q% b: `
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ' V1 ]" A" w: d( P$ W
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   " k4 t& `4 z0 k0 E6 {1 }
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   6 _1 X8 X4 y+ e9 [
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    , b' T. V. G9 N7 s$ e1 |
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ) M3 A! `/ R8 }0 Y
16.   struct sockaddr_in addr;
    & O& D* O$ `& t/ C. Q
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
    ! [+ A$ E* i4 p! ^
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ! V1 t: j6 j& m1 e( t" R1 p
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    $ d; ^+ }' x# ?1 [( Z' n4 r  w, e' |" z
26. 
    " S5 G9 ?" s( E5 L1 v( |! G! O& R3 ^
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    - e" X0 d/ `' b! k( v( {# u
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    . Q4 v( m1 F1 U! P
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
    
32.    
    1 R. I4 @* E1 j
33.   //将套接字于端口号绑定
    , a8 H6 }. K0 l* }# T, E$ G
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    6 v" L- f6 c; ^3 Y6 v( c# L) h5 K
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    * o8 _9 ^7 q7 r
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ) g8 B. U8 R  ~/ h
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ) U# t# r* a0 k2 y
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    , N& p6 t8 g5 p4 s& j0 @
45.   while(1){
    " l5 `, b" N% y5 C$ L# I3 W1 w) r/ p
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    ( ?3 {& n7 q7 R" A+ \! w# ^
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
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])
    " Q- M# C' r0 G, E8 \' U( Z
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
    6 z4 O% M2 q, v1 J! b( p" O5 E
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    " s7 F$ `2 G1 k8 e
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
    ( X& T5 J% }; t* m3 D$ c
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    : V' L' }# Y4 `" H; \& A) v) L
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    / b% L* B3 B! p- 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
    ) y& N9 v; J$ {% v
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    ! A) U. G( _; t; m3 e3 g6 K% F' m
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));
    ; d; v. S+ z- R2 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
    ; y9 _4 y( H5 l
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    0 T2 x4 \) P, [& y( M. r) `# L
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    : H# A. m  V. l5 e2 B" C5 f8 |- K
75.           }
    0 |7 _+ i0 p+ G  o8 w
76.         }
    
77.       }
    + D+ D4 [" ~  _7 U6 I
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

' W  w+ a6 u5 N% g/ P/ F& f

# }" k3 X( `  B2 i- ^. Z