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

2 p/ s, A1 ~0 ]% M* |

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）
2 g. j, p% g" X0 q4 a

( \9 N1 ~9 X  S0 q1 m

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

* ]+ _9 o2 n0 u9 D  Z) f

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）

: o8 S; n( p+ ?  q* ~5 G' I

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）

/ D+ r  o+ u, n; x& q
% s' l: {( `! s: D/ Q0 L' F

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。

( Q9 `1 n8 V, i% |4 D
. y5 S# g7 G! B. g

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 w$ a; V/ J: \% U' t: 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

4 B2 g/ _/ x* W% q, H    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

9 Z, _1 o! E! r9 o0 L- T& v: ~7 i    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

) X  G: Q3 ?) z) A! `2 Q    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)

, n8 n( o6 j1 n: y) s9 u! |  G) t    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。
" G5 P% U* a) U1 m& \
7 X% L& Z1 d/ M8 c5 \, m' U    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：
5 M0 N3 \/ o$ k. X: h9 ^

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）
   6 E5 m( H7 p3 s) Q+ ?# o
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. 
   , M0 [$ q& v" i5 A! o8 L. B/ n: P
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。
- t/ ]4 |  [8 [
$ T5 v8 @( }* u" K' 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.    
   , U, e/ x. K9 i9 E
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
   3 h$ }0 O* B- f; z5 V% z0 ?" k; i
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. .....
   ! o. G; S0 ~' Z2 f3 d4 k
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,
   : @. X% a( m, }% F& a
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ) j2 U  h$ x: t; b* i
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   / L8 R1 L/ ?) S# [4 S
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
      [) i8 N& Q+ A2 }
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. 
   : w+ Q0 v* W8 R& c7 d6 \- ]
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   + |1 `9 R/ F0 {9 `- Q
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   7 c; T' u) V& B$ h0 Z
6. 
   0 w# |! |1 C4 M# V- D8 e4 |. {! j
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ' _  V& i8 O1 x3 ^+ |
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

* o8 _* m4 i9 q6 R4 _+ V

使用select函数的过程一般是：

7 v) Z3 L+ 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。。。
9 E# X7 }  A) g/ ]

2 h) @* q7 P+ D

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   5 z" W$ y% K) `
5. #include <unistd.h>
   & P, W9 T& U$ f  u& p0 T: ^3 z6 }
6. #include <arpa/inet.h>
   - k- Y9 Y+ p' h, O2 `
7. #include <netinet/in.h>
   ' e* Y, A7 F) j& q
8. #include <fcntl.h>
   2 v  H# s# w; s2 h
9. #include <sys/stat.h>
   5 V7 F% l0 J- t+ o: U7 r
10. #include <sys/types.h>
    . v9 J, w5 G9 w8 `5 P
11. #include <sys/socket.h>
    ( F: y. A5 ?0 j; @- k8 }; L0 x
12. 
    # m, [5 h9 z& Y+ x3 v
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    1 s  }" t1 q. @9 E" B1 U
15. 
    7 u+ o( T/ {' b0 G2 }/ f
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    5 j: L' l5 _. G) X
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    # P- x9 |# c# \" x3 B$ M
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 y" c8 D" W3 }% o8 b5 S
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    & q- _7 u! C8 s- H
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 T8 Q9 A) T5 J/ M1 O% i. A4 N
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    ; A9 I' @! p3 P: O0 u# {8 D; ?
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    4 Y' @* K5 U" u
32.   //向服务器发送请求
    : f" F5 N: b( |3 X' X+ g# q* r9 Z
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    + N: [, [) e& P6 F! l3 ]
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    9 t& I4 w1 k8 ~$ a/ j. j: v' h
40.   while(1){
      P+ T/ d. ^' v. X0 U$ g" V
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));
    + k7 {5 {4 W- k2 p
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! F6 Q8 P8 u; _
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    4 G! O; G( n( Y: A9 m/ s2 y
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    7 X/ F4 O% j" B2 k& j3 a, C0 f
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    * v! a2 s* y4 f+ @( S
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    4 o3 [6 y9 q  }
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
      s6 v# v, P3 m3 e5 S
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ' h( g% |: B2 a; o5 @- S- h
53. }

复制代码

) H* {. `0 B" i* i7 }  V6 D2 {

服务端：

1. #include <time.h>
   + I5 o8 J% Q1 B2 N9 K) f$ y: |
2. #include <stdio.h>
   0 \/ H2 Y' d3 P2 }2 t4 l
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ! A- E" _! m8 D6 |' H
5. #include <unistd.h>
   / [; B9 }: x9 S+ F; D
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   / {: g7 M) t" ~' [
9. #include <sys/socket.h>
   / `& c, `7 N" E" z0 w3 v: B  P
10. 
    0 ^: L1 G- Y% s# P! B
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    2 r" f" k) ~6 s3 g$ V
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    ! T- ^9 H  [! n3 s
14. int main(){
    ' z: I0 @$ }2 O* F$ \
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    7 z! V3 o* F9 _& ]9 I  ]9 D
18.   char msgbuffer[256];
    ' _/ T8 H5 M$ k& f8 w1 b* l5 x
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    9 L* f2 X2 T1 L; Z- i
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ; ?# O- g9 F8 r: E$ G6 s
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;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 L& Y6 b* k% V9 c1 G3 ]# L7 k
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.    
    : ]& x- s0 ?! U3 W+ ~$ M
33.   //将套接字于端口号绑定
    ! E1 Z4 u! a7 T" T
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    9 Z4 ?2 Z. F/ |& T6 b: c7 y0 I0 B
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    " v1 f8 w* F7 B5 y! g% B# m; \
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    + @9 q! K  e/ L
43.     is_connected[fd]=0;
    & C" z: }- _* x  h6 h
44. 
    
45.   while(1){
    ) W2 B8 O6 i& R6 f
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    , `$ V1 Y  |5 g/ [! f
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    . d1 u1 s9 a# A' r# y: `2 t" ?
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    8 P3 m+ g6 o' g/ s9 o* L
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    3 f+ D; R: \8 ]) Q9 K  i
53.         FD_SET(fd,&fds);
    8 i3 E; Z1 P: t1 C2 y: a  b
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 h+ D0 X. B0 U- j
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    " i5 C9 k( f% a( S  o3 x1 X! `
57.       continue;
    1 |+ K) t8 I4 y: h
58. 
    . N3 j) s; L- l+ `3 W
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    ; P% C/ I8 f1 ^! P
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
    
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
    
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
    % U9 c% F* o) c( U" D- I
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    : e& L4 b7 N2 w) l: {
71.           }else{
    ( q2 k, |; ?& T# z8 j6 v5 c8 X; E
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ; N, W4 w; Q0 F$ }' }) N
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    ! C$ D( \4 ?; X9 D
77.       }
    
78.     }
    7 Y7 _+ i+ \' F' M. _' O# h
79.   }
    
80. }

复制代码

* \7 y. I7 y# z$ D: p; I
2 Y: I1 H2 @: N1 u  R# P  N$ m

+ c0 @- N( d1 a' h3 k- R
. q9 v. U- M) x" _9 k# N; I