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

' C! M2 a6 R- x+ H

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。
/ x( W3 `+ a+ S4 V9 p( |/ r" u4 P8 j

     "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）
; Q  [5 n" J3 i& e1 I5 }7 i

& R5 Z0 X- ~7 A+ L4 [1 s8 t& z
0 ]& `) O1 f  }: T

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
0 J" k, m% T6 X2 B

       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

" E) Z  B3 v" Q" W- p8 p3 i- l
. M8 Q3 X4 C/ t7 ^* I7 O0 M

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）

- u3 h0 b. ?. \# p  A5 r, 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）

0 ^- u9 L- ~6 O0 n. R. v. Y

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。

; t8 w, w5 B3 A) Z* i$ e/ {

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。

; |+ a# u; j3 O3 R& ^; {& r" 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。

1 S' i; O' @  @3 O' M    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：

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）
   " m6 m- X$ J; _
4. 
   % p) L  b  K$ `( m/ i. }+ ?/ r+ V( N
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。

   

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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   3 f$ }5 [" ~+ K. B2 C4 N- V
4. 
   ; z* t0 ]0 a0 ]8 F$ ^0 q& }
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
     P( q7 j5 L! q! u
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;
   ( U5 U1 R# R' ?
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   ! W0 @, m7 o1 U6 }; W9 q) `" ^
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   4 m0 f/ O/ s  u
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,
   2 ~0 g1 x8 T) N
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
    + ?4 U3 Q, Q: A  P# q. i
11. recv(s,...);
    . R4 X' G7 Q" D
12. }
    ' r; M8 ^$ k4 r& U  @
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。
   $ \* ^5 [7 \# F& i* c& q
2. 
   ; [( b7 \$ V+ V% K, D) H# Q
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   & I4 h" p) B3 q/ G  o
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ) J) I/ M- v9 `& |& C1 o
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。。。
+ K+ u: c3 w$ J& _

客户端：

1. #include <time.h>
   5 ?- k& b; ?( n
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   " o% _9 S2 A! ]; ^7 {$ {. Z: i
4. #include <string.h>
   * {- ]6 J/ s1 `. y8 F! ~( H
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   9 R9 e) W( q- p! f! N' C. I$ `
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    5 q6 P2 F9 h& [7 j- b% |
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    ( o, U2 Z! R# P! I) o& m1 l" H
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    1 U: t) M$ q  Q7 `9 Y
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ( i  W# ]4 N3 u) m: w
20.    
    6 i; e  O5 n9 ^5 \( s  y2 b
21.   //创建套接字
    ! j% E6 r# w4 I. w+ Z
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    8 h& d4 }* r4 e  y( Q
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));
    4 v! @3 u1 B0 F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ( F3 }2 `8 A( a: {# u/ ]+ s% o
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    6 ]. W/ s( m6 n1 F  L! Y
31.   
    & F% C( M* A: n* L; |
32.   //向服务器发送请求
    5 O) a7 l) k$ s# K! o5 j/ y  m
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ) ?" V& D# y1 I8 V9 a4 T7 u
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 W& {) A2 b! C
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ! T8 x6 a' h4 [% Q
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    . p% V7 @7 p' d1 J. ~+ V8 d0 Y
40.   while(1){
    " J) u* q1 H$ E+ m  g
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
    , U! M' ^- d/ x
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 J4 d* k9 Q! }/ t+ z
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    7 r& P- g. b. ^" @9 B2 }% p( y
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    4 N- G0 R+ Y7 c% T+ `. |
51.     usleep(500000);
    , {+ C' A  M( [7 ]# Q4 D9 z
52.   }
    
53. }

复制代码

/ N- X* X2 e" }5 M6 ]
8 {- v) Z; t; b- R, y

服务端：

1. #include <time.h>
   ' K$ m% ^+ Z4 K2 M5 }) v% U
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   , W4 V& R5 q: Q" ?
4. #include <string.h>
   ) ~2 _8 Q& D5 i' D( r
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ! i" D; a- t1 D6 s+ F3 Y
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    3 o6 o) S( u6 H4 i
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    . R0 P+ z5 |5 U+ M1 R* Z4 ^5 j
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    ! q+ n! ^" }+ K, J/ z
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ) \: O' y8 F* W. w
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ) S6 ~, r2 \. `$ K0 W/ `& [; u
20.   fd_set fds;
    ' D6 N6 u0 D  O
21.    
    
22.   //创建套接字
    1 P9 V% t- S3 e6 N* T. s! ~- ^- I" ]! ]
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    - w8 }6 j, s- G& I. X. _" e
24.   if(sockfd>=0)
    
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
    ) W# [) Y( B3 [+ _
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
      _2 {; y& B. n' I( h% c7 @! }
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    $ E% T' I/ A( g0 [8 A& o3 p
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
    ( \& R1 W0 A8 g: b' l
32.    
    - J$ D; e& b, l+ p
33.   //将套接字于端口号绑定
    ( @6 J) Q3 q5 X+ R9 |
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    ; l/ |( `8 s5 |# m  e1 [# _
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ; m& u. l$ y' d: u
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    . g0 p" Y4 y# U+ Q* f$ A
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    1 x! W: M0 k" {. I4 v
41.   //默认所有fd没有被打开
    / \6 g0 y% ^; U0 v4 j$ e+ N6 Y+ E
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ( [1 o* B- |7 G. B( z
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    5 w( Z: r3 O+ R
45.   while(1){
    $ d6 v9 h; B( W* b( c
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    + Z! [  W& J6 i% m5 \) x
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    1 v) ]9 n9 ^( ~( z5 y, z+ n
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    9 Z& u2 {9 i7 i( O
53.         FD_SET(fd,&fds);
    % ], k+ l/ @( g, D
54. 
    , ]# p! [8 b, l
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
    8 M, m& V7 i' F7 S5 y2 H
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    6 S! v0 {2 [* S& e2 |5 p
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)){
    
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);
    6 h9 m4 F, L' F0 _; Q0 @5 ~: d6 L
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));
    * h7 K* H7 s5 H9 C7 ~0 E8 C+ c4 w
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
    0 t" u2 J! m" ^: A$ _% t$ v
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    4 X% b" x- m  M! W& K7 L3 l
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ( {! ?# _6 ?% C/ v2 g
76.         }
    
77.       }
    # ~5 B% o- Y0 ~- w  h
78.     }
    ' D2 ^. T& Q+ s: Z
79.   }
    7 r, e6 v  `+ s
80. }

复制代码

7 d- o  ~* K$ k' _4 @- |4 f, \, F


: @" _! Z( g+ g+ y+ I5 `: A" K* O
8 I2 G6 w% [8 m, k* {
, G$ ]$ H( o7 B% N( i6 J