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。
7 {$ Q% _) b' G# S) z& 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）
2 K1 t& |) ?% p* ^' ^4 l6 D! P

7 s9 O$ I! B9 y) B/ k+ P- h

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
) C! M3 W7 }3 Q1 @, O

       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

0 H1 O9 A# C" M
3 r* p1 |' A# r% k# K/ s1 [. ?

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）

7 ]6 t. }' i3 v8 k
8 k8 s8 w+ V+ F0 A) [

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。

, E) g  e0 u8 e/ i# s
, p* \% O* _0 Y2 F0 H! u6 o; @9 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>
   + X7 e1 Y1 J+ l% _' d$ l/ C
2. 
   3 M/ O& @- V2 R
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。

( ~( K7 d, J$ s+ Z+ p+ j    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。
$ K, V' @" ~4 l. K
    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* A8 m/ R9 t9 @

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）
   8 B, Y9 `8 {8 l0 e
2. 
   6 q8 G5 e7 i6 Z3 v* j" E2 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. 
   
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。
* U# y! @/ q- Z1 u" G( z
   
% |; e/ o, a4 j  L8 c, Q) d" 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.    
   ; s- Y/ ^, q4 L
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   # C6 n9 ~2 k1 R* v4 Y0 s
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   . \- K; a$ e# A/ N6 n' D" o5 k8 N
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. .....
   / G+ ?) o  ]* q: H, W) y
3. fd_set set;
   ) q/ d% T4 y" D. G4 V
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   $ M- c0 s) l' V/ Z
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,
   ! L$ b2 i9 s% c
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   3 ?0 m5 y* W5 u/ P4 x" y$ v
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   * D8 R4 I8 \+ J% T5 d+ U# \3 O% q
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    7 F( k. t7 v' e, j3 V0 a/ t
11. recv(s,...);
    4 T7 I+ d, W7 H/ E) O+ D
12. }
    % ~- J; S! r1 |" Q
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 M' ]' U8 [) C. U5 w9 a/ C9 O
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   , y) M0 b& q/ I" z
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   * l/ \- ]& e) f* _, F; p+ T
6. 
   / J) M( j, J2 |. H! `! j/ _
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   4 V/ Q, O. R- y5 r3 }
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

) \4 y  G5 r1 f2 ^. Y. f' J
0 Q& X, R8 R) ?! ~

使用select函数的过程一般是：

8 a) S- z0 k' f) n* C$ G1 Y. f1 W9 G) x    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。。。
* M# o" [+ S" f

) K0 A& j( U6 ?( z/ d

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   + {  _2 h9 n( |- T
4. #include <string.h>
   5 D/ N, a) Y5 l: R# o
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   : Q  E5 n9 D! j
8. #include <fcntl.h>
   ! o% D) C3 b1 F. }2 K% `5 |: p4 f
9. #include <sys/stat.h>
   3 \. X* {5 T2 m' R9 X
10. #include <sys/types.h>
    " y; e6 a; h# J# x
11. #include <sys/socket.h>
    7 S+ N9 r& Q* F2 S6 z/ h/ k% B2 I# Q
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    0 S# A/ Q; _; M% F$ c# P
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    . K# j: X: g2 V* z6 N2 G- K
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    ( y4 Q$ U* h8 Z
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    8 E+ A$ D; M5 x; u/ M
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    3 b, ^+ K) F" ]9 g3 a4 v
23.   if(sockfd>=0)
    
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));
    ' b. _" o% j# b) H7 P
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    / P: @) ?/ D# O( ?- @1 h& d; @
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    - m( {3 ^" ~: A' P6 t- Q: v
31.   
    , F1 v+ G+ [8 Z2 }: @* U! E
32.   //向服务器发送请求
    ! C( J' d& s" a6 o$ U
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
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）
    . [5 x: |& \$ Q7 Y8 \6 q- Z( j: E
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    + |( E; [; q) s& T  {' w3 N5 ~' U
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    9 K. ?/ H0 V7 u( }& ~' @
39.   
    
40.   while(1){
    7 K% a1 D) O  x6 b7 P; Y* ?: m+ n" K
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
    1 s, l% n" w6 J. I1 B. P+ i
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    / F% [! D: l2 {* }9 d! `7 s( h" A
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);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    $ i3 L* m8 g$ T) P
52.   }
    
53. }

复制代码

/ ]& [+ H+ s  b8 O: \7 n

服务端：

1. #include <time.h>
   % H+ D/ c! i" H. \
2. #include <stdio.h>
   + ]2 y3 `0 i1 L8 o
3. #include <stdlib.h>
   / V" Q0 w0 K5 c7 Q' z
4. #include <string.h>
   . ~$ r' i& k2 |$ `* u: _  e: X
5. #include <unistd.h>
   # q( I3 T3 Q" `* [8 Z9 @. \
6. #include <arpa/inet.h>
   0 W% P- |- B- k, c/ l9 S
7. #include <netinet/in.h>
   - E" ^& O- E+ B2 n% ?
8. #include <sys/types.h>
   7 j- G7 g$ @4 M2 E- x2 i( h
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    6 x/ }# I) o2 {! d( M
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    + Z" C* b* p" H
13. 
    7 Y' M3 H) R8 ~3 e( \9 a
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    9 G: B7 b) i  e$ I
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    " g5 r+ |+ a6 h( t4 y$ Q% @9 k& f
18.   char msgbuffer[256];
    ; K1 H/ }6 C9 R% I/ S
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    : r! ~3 V3 Z# W$ X( C7 b
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    % G1 K) f) A' P% w0 Q6 I& F
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    6 }& T- z& _3 _0 l- Z
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    / b0 J# O. ]% b
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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
    3 [5 s4 X5 r' x5 p
32.    
    ' K) {* }2 \1 \6 W( l- y8 F
33.   //将套接字于端口号绑定
    ( v/ K! h, f5 r  c
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    % d- Y3 I, K) Y8 ]* {
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    4 j* g  G2 O" @; K" g
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    & e+ j6 R. Z2 p  M' l
41.   //默认所有fd没有被打开
    # ~' D+ k- z5 g
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    5 l/ E% @: M/ ?* k  }4 I) X
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    4 c$ y' [9 g/ A
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
      g2 o, O, A+ |
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    , G8 R2 P* M# P
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ; v7 X7 M  s" y+ D& ]
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    / R& u7 n3 N) R0 `
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
    " y  |' P- e2 D: |, T4 [* C, G, b
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    ; }: k7 i# h5 L' G7 P% L6 n
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    , L9 D" p* V, Q9 Q
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    ( T, k9 D6 S4 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));
    
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
    ) ]( A* Y0 a1 X1 L
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    * D! d% Z- w' r8 f& B2 j) x/ w0 U
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ; S; ]5 u6 i: ^/ c0 f* k$ i
71.           }else{
    . T% `) r, S3 m
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    3 ^5 z% g- {4 {" l1 l3 E
74.              printf("close connected\n");
      t. C! P  f, O1 u: B/ d
75.           }
    
76.         }
    " w9 J9 o1 D0 b9 `" j
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

* z+ o: m/ @6 @; c, E7 v
: n& C; ?6 T: E" h0 k8 n: u' b* d& w
4 k& Q8 l& G; m. D
% d" g6 |' L- u+ R