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。

     "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 z' I8 m$ X6 k; {5 z

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
  K7 b: [; c4 F) ^

       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

7 H$ @  g9 ?0 M8 i

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）

" }0 F3 `, R% q* k

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）

# C) `/ K. Q& u* W' M

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。

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。

    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。
% L) e2 S* Y1 s! V2 a
4 J$ W8 U. q; w" r    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：
4 p2 f; J# k8 V9 T

1 i. C* e% Y0 z- U7 m6 E9 [) `0 t

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）
   : t- T1 F( r2 O$ K
2. 
     P; _) Y+ i) I2 l/ n* h
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 I9 j' c6 B; }& q8 k' H4 W0 b+ `' ~
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。
9 T0 P4 A: O! X% s: d6 \: \& o
   
6 Q/ S2 o; u( D% Y, F  L

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
   
4. 
   ! W% x/ L" |' W, |
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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;
   7 W* L5 X) q# V+ ?5 v& w! F
2. .....
   6 R3 A6 D+ ?/ ?# i- p5 }" F% T7 f4 z* B
3. fd_set set;
   ' |' j9 _& |& E3 i
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ' K3 |$ U/ }: N, J9 T
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
   # {, a$ @' `0 [" e+ Y$ P* M
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
     b/ i5 h8 ^0 U) ]& @; [
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
   * H8 \3 B( T5 h. B
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    " u& ?! x( A3 A9 F  T9 Z1 F% E# p
11. recv(s,...);
    3 D: I2 A- D5 q9 X2 F
12. }
    
13. //do something here
    7 B7 Q3 `$ }; e# [
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. 
   ) i. }/ j. {# ]! s
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   % l/ i0 X( p/ M+ {# \
4. 
   $ A& g0 F- s7 d0 R' m
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   * h0 P9 c' c  k  s( i
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   2 }3 H  u# t1 }) P% Y
8. 
   + i  \, |1 F# ]' v+ G/ B0 T& R
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

5 l2 h; k$ U- K7 w! {" e# J

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。。。
2 y$ F9 R# N" Y1 k' y. \

客户端：

1. #include <time.h>
   8 b* G1 j  n6 L6 x
2. #include <stdio.h>
   % m8 ?+ l4 i, U
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   8 P/ J; B; S1 C/ c& L+ C/ s
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   7 e/ y/ r3 `( B
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    / E5 l7 M4 z5 _. G
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    % T* L# [1 ^- l5 _( q+ \
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ; s# H) `- k5 R6 L% ?
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    # A7 [0 p. J0 N( q
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    2 E( E: k/ @$ v' z6 M
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    $ n* t. ^( F! }3 B/ K! T
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.    
    " ?) l9 P1 U  I7 ?2 y4 p9 _* s
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）
    8 {( f  T0 i& {0 }: s; a( x
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    " q3 q4 R1 I/ _1 n
39.   
    - p4 g+ E/ n6 O- X
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
    5 K$ |+ }* r( ?" K+ F* g( N
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - |# Q% [- T) p0 W7 Z' ^2 B9 g' o
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
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);
    " B* c5 B9 o; `( M2 _! X* e! `0 _7 z
50.    
    $ T' B7 L  ~6 I6 u/ L$ Q' g
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

$ z9 e0 l: d, w1 `

服务端：

1. #include <time.h>
   . P+ W  n* c( w& j% |# s
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   " z" g# Q; F/ z0 l+ W1 g5 T- Z' O
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   $ N8 x9 t* Z% @
9. #include <sys/socket.h>
   ) n+ @/ y" `& I6 s' D9 t
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    4 j9 O# X! ]0 b( [4 V7 k
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    " f3 W  R2 K, C6 w2 A( X  }9 W
13. 
    2 S1 J1 z2 U0 R* R3 o- v/ |  N
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    4 Y" M9 b1 I7 ?
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    % J: G9 R3 D% s+ j  {+ S4 Z
20.   fd_set fds;
    % w( i; X2 @6 ?: a: R2 R. _
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / B2 j* t+ c. k
24.   if(sockfd>=0)
    & X2 p3 U- \' M
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    . I9 S  {: v' C4 k7 |
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;
    6 e9 ]3 {" t3 }' H6 T8 o% m
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ( K4 Q+ ^& W9 ?8 d" }2 K3 V" j
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' h( K+ K. F. L" W9 a. @
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    + c5 w, M6 p; Q$ L: ]
36. 
    
37.   //开启端口监听
    8 n$ _. G1 |: z" P1 h3 N
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    4 R! I  ~5 i7 @4 b( t$ Y
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    3 L, S# Q0 z* U6 N
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ; G. {1 y6 s, T, P! v5 F2 v3 x# _0 U
49.      
    , }# l1 {" b$ T7 V" Y
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    - _9 b6 ~1 \7 J' E" X- O* {! p1 u
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 w1 ^# _, V. s
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    , n* U& v. K3 u/ y( m  G
54. 
    ! T5 y9 L" `3 j, a
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    / E( w7 F8 l; P
57.       continue;
    # s: E) c# ?& v5 |' i
58. 
    ) t; \  J6 w% S  O
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
      A" @  P* Y3 T) p3 \
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    * r3 b( |( }4 R3 s" ^0 y
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
    - l- f# k, _1 \4 s
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    % N, d' M6 f1 |7 b) Q+ j) o7 l
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    3 k' |( T( X' F3 U
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));
    $ G6 k. f! ]( Y. d$ \
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ) ^# Y; j( j9 w" K
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    6 Q$ L! I- g* p
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    5 {3 F3 {. C8 W$ b
76.         }
    , |: S5 M0 G' D8 \- G
77.       }
    
78.     }
    + C. Y& h# K; X5 r
79.   }
    
80. }

复制代码

" I4 I9 q1 a8 }0 n0 q, z" Q' L' p

' q: [& g/ X( r
& f8 D3 c$ z* y5 G! T