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

# ^7 e1 V$ z2 D% V3 A

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。
2 u9 |: h8 s! J3 g# C8 A4 S

     "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）
) ~  _! N/ e. ]+ |1 a" h

/ s/ @' Q6 |* Y  q  o! b9 ^9 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

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）

8 u/ g5 X! L$ N9 O+ h

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）

5 @) G- I# _& }

/ L$ S3 q! J0 f4 E5 C: ?

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。

. F8 b, ]$ `: s3 `
/ g# k2 Y& s, m

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>
   ! x& O+ H5 H: ]
2. 
   7 X% F# A, [& I/ s' Y
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。

0 K; Y) f1 c. k7 x2 ~$ N    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)

4 Y3 j# P# g9 B' w, z    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。
' b' c% S  Z  p4 ]) D3 }% a
, S' S+ M' U' e5 D! Q; k, E$ z* 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：
+ U1 r* _1 f0 Q  A' {" n/ h' U7 }

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. 
   
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。

2 b: T1 @% `0 r) r4 D   
/ Z1 q- s. ^) M8 M, Z/ }

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.    
   ; @5 ?) Q/ ^, c$ I
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   & p$ H2 W+ }4 N$ _1 N
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   9 v2 s6 _  o! A# B+ f
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. .....
   . x! g* y4 k8 N7 ^, G
3. fd_set set;
   ' i% T3 |5 i# ^! Z) M0 ?
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   1 o0 A( }) F/ u# r* h& Y
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,
   & `/ A: w8 I: u  N
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   $ R9 {5 |8 m( u8 b
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    * R) \9 g0 X+ i" h
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。
   8 t& g3 f/ Q7 }7 l5 X& X/ @2 k
2. 
   5 S# k3 \9 H) B' H$ B* ]
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   " V; Q9 d/ @0 a6 ~" ~0 X- G
4. 
   % [" K* }' M! B: o( V
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   : o! t8 m4 m+ ]9 K1 J# o
6. 
   ! X* p( ?! K& g& S7 A/ b1 _: [
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
     q+ V/ D) |! R2 l1 D6 t6 J4 `6 u
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 {! g, a% s. R  z# v' M- n
0 \: \- Z) c* s# g$ n7 e4 M

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。。。

& {4 S4 N3 w% P: H- ^

客户端：

1. #include <time.h>
   $ T& _) `; n# y1 k. z0 v. ?
2. #include <stdio.h>
   % n: G3 y& m+ V$ c
3. #include <stdlib.h>
   ) ]; F( L3 \9 U9 \: N% O
4. #include <string.h>
   + i6 J6 R( O- B0 R: @% y" p
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   % S3 k/ T- b2 N
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    5 y  q, ~! \  A& p
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ' I# i  H7 T8 ^. k! F
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ; H) W% O& A6 Q, i
15. 
    
16. int main(){
    . s+ H! b1 _) m$ Y: @. S1 }
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ) W) \# _6 P6 c" I) x; d
20.    
    6 E  U4 K+ F- Z* C- J7 w
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ; G: I! P# z% G! f
23.   if(sockfd>=0)
    ' a, Q/ R' \; C4 `# I3 J
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
    % R' D6 H0 C& W* H1 ^( ~
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    0 `! J$ H9 R! ~: |
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ) H- V$ ]( Y5 y# F. R- n' ]7 l
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
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.    
    2 e$ e, d% z0 R3 }% P$ @
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);
    * J  b2 N2 d. t) O* O6 X$ H& E
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    ; Y, _! }9 T. P. g" E1 e
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    2 K) b' Z5 v0 @! C# q2 @! d  n5 D, S! m7 m
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

5 c" q4 ]9 @  X1 J6 a, Z

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   2 A4 w& k' S4 {0 M" ^  N
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    & ?; [! s0 t! H4 C' E( E
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ; ^. n$ B* i$ T5 \+ d7 o) N
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    8 `+ k- x) j8 X2 o1 L
14. int main(){
    ; O; E, c  d( e
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    . I9 h7 t& S. f: {
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    & p, [- s- f& d, }
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    $ i8 p( K2 I" ~" l" ~# e; W
21.    
    4 ~% V. p5 G% B5 c
22.   //创建套接字
    2 Y2 [" `* a: `% T
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    , {  |: c; F/ Z& B& M* D
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    " L. Z8 k8 }, J! w1 G; ?
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));
    " E0 S; k) ?3 ]6 o+ J
29.   addr.sin_family=AF_INET;
      f# l; A& i8 A. T6 ?7 b
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    7 d1 V6 b& g7 B  F# [2 {5 T. t
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 V5 ~% B0 Y; I6 v( n
33.   //将套接字于端口号绑定
    / i9 k  p: M& [. Y
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    8 _' I/ B. ^1 A- A' e/ F
37.   //开启端口监听
    + o% l& ?$ a) y0 N3 J" i
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    & K6 q: _+ B5 p3 V4 F7 j6 l. n
39.     printf("begin listenning...\n");
    , x$ k1 \! X9 L" c8 H; j/ u
40. 
    , N' R( d' h. M' n4 h! ~& [/ k
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    # l  `7 m) a8 y) q' D
43.     is_connected[fd]=0;
    ( j- P* z( {1 X" H. j, ^
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ( R7 g) \4 D- B# f
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    + a: W; R) Z/ I! I' g
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ! c! j, R  B- f3 g1 H+ U+ J
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    . q* j- L. s/ G
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
    4 d7 d' i& L8 {" b$ @, @$ y. \
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    % b& B5 p0 z. T+ Q% w# o8 V
57.       continue;
    0 N( G) @4 ~  c* J& Q6 Q6 t
58. 
    , W* h+ c/ C6 R
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    4 E% b' c% q0 A9 E
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    ' A4 E0 |. o8 B! y
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    2 K( i  j2 W  |9 I" O
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
    . m/ ?- T8 R" q9 F8 o5 K
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    1 P% I3 _- Q0 J/ i" `6 Z
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    ) i4 o6 Y% y# _, I
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    3 z7 g: I9 w0 Q- {8 r4 d
78.     }
    ' l) V4 _5 p/ f* j. D; @0 t
79.   }
    
80. }

复制代码

- `( v0 y; f) K% N

" t2 K+ [6 Q1 L" ]0 P$ B