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）
9 P3 G. r, U! i5 S/ ~/ U+ K

6 ^& \8 z2 W: ^. Y8 k

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
! w# K9 m/ U& h. 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

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）

& W; S* J0 ?8 M- k8 H1 P

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。

+ B% g$ J% h9 s9 Z" v    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

% ?0 s, Y6 O, G* u    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( O- H- p7 K7 H0 [
/ \2 q. N% H) y, 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：
; \3 R! o+ c& x  L  m* J

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）
   3 D* v, b* d% ~. l
2. 
   7 |7 R4 D2 q( C; I
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）
   8 b" O9 @1 L5 F. @
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。

   

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
   ! O# L6 p# R' F; c/ r1 m
2.    
   ) Y  I3 J' i. o) M
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   8 K7 W; U+ @+ }7 p5 y! M1 \
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   " a/ j5 {6 _: n& i# M* H
6. 
   : T, h3 ?4 i( `9 x5 A$ w% d4 Z- Y
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. .....
   / R6 d2 F$ W- c0 ^
3. fd_set set;
   6 a. R- n' J; @0 `% J1 w7 ?
4. while(1){
   , I2 g3 t& X! z; o# x
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   1 W% d( |& e6 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,
     ]3 U& ?$ o" e' z6 v
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   2 U4 \7 a; B" D
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   + [; m* z- R: O  s5 T
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    0 H9 [4 i: Q0 z
11. recv(s,...);
    
12. }
    ' A8 C: F, }# @
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. 
   ; m1 ^0 j, q, O% a% v" q2 J# B6 R1 |5 p
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   * b& r0 G5 V* T* B
4. 
   $ b% }( W& N" [
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   , H& N% i- s, R6 J8 n& x
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
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

, ^/ S; M+ U+ R! ~  S8 L

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。。。

/ b! u5 M* H! [& L5 m

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   * H/ |( u+ K4 ^, R1 l. D3 p. \# ^
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   4 }* x3 ^" x" {9 w
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   6 E1 P' R% d3 w0 N- Z# S
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    , h9 L/ G0 n. f9 {
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    & |/ i) _! Z% L8 O- k) l8 ^* ~
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    " S2 Y2 I0 S! M  |1 M
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    8 c3 w1 u6 c' P* b8 ~( t
20.    
    : I/ m" _( |0 l+ u
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    : K3 W: s  A$ N4 w8 R& u4 e
23.   if(sockfd>=0)
    ; G  f/ ]( ?% F8 A" 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
    2 y2 ~) U2 ^: b1 N; B: }% b& t
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    9 I4 W5 V7 J' ?- _
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    % A+ J* E/ J5 w. C6 l  h8 s
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    # T# v# q: e% n4 b
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.    
    
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）
    / c- i, w* M* k$ g
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    2 w& c, ?! v, _' S9 S; P
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
    / G2 n! k/ S4 a. d
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " r% B4 z: J9 W2 b& C7 h
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    6 u- E, h+ x! ~: F- E
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    & k( H( p2 v  p0 v& h+ P" ^3 P
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    7 ~) \* L4 h, c$ N
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    , c: U+ `9 c" [" S$ l6 O
51.     usleep(500000);
    8 j# k" c7 M! S3 l3 }
52.   }
    * ?! H5 C! E( W8 V$ w' H
53. }

复制代码

& F* \) U  `8 {
, E* c2 ^: m% N5 n5 z

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   7 y0 v- _% ?8 b2 X3 X
4. #include <string.h>
     w$ z% m0 v: y/ N: I! d
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   . @- Q$ q/ l! ?) a+ k0 K" ?+ g* g$ B' u
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
     Y. C" Y: R' U- T
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    6 b7 x7 p1 y! V+ z$ j
14. int main(){
    * x! h, U; H5 x9 h9 u4 g5 u1 b2 [# O
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    - u5 F. t5 S: y- h3 v- R* O
18.   char msgbuffer[256];
    0 r3 _  n9 ^/ f4 U, [8 E
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    - h% X/ m0 w3 K6 _7 v3 H2 n
21.    
    
22.   //创建套接字
    ! G7 W. e6 X1 [0 z0 f
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & O; f* G7 P1 I
24.   if(sockfd>=0)
    ' n9 E1 h- l4 v- o  \
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
    ) C) O( ?6 ]  J
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    + W  b6 L* M5 f) {$ s/ M. F
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    - G' l5 x* d& }3 k
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
    4 t8 u  h3 F9 L& h0 z
32.    
    . V7 {7 \* m' Q! `
33.   //将套接字于端口号绑定
    9 _4 [$ U/ S7 z* l$ S& X' g
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    * k" c4 t8 H5 u; z
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
      K/ }9 j$ C+ z% O
39.     printf("begin listenning...\n");
    6 l& A$ c4 L, e- I/ h; @  ~
40. 
    " s+ B3 V3 R2 y' H5 b7 _
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    4 N* z# B. g$ [2 B8 ~. g/ ?0 m4 L9 W
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    , u6 m2 {' M8 d9 o; A, ~
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    . T; n5 b  S* I% M( O0 M! G' I
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    : H  j( E4 M+ i; V
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    6 B  S9 B$ W# {: @( ]& V. g
52.       if(is_connected[fd])
    2 U/ t2 z3 n3 o6 ^
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 P2 z6 i* S; x7 f0 z! T
54. 
    ( B  n# i8 u( m$ k( o6 j
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
    ! j$ l% V0 e4 |- V. E
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    * Z  i6 s! c( h8 H/ _$ ~" d
57.       continue;
    * e) {3 P6 g  ]( u
58. 
    3 y9 s: i0 p' |2 C5 E3 i+ C
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    & ]% u9 [, o2 \+ |0 T
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
    - [3 |- ?* x' 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
    ' |5 Z) d# B9 Q7 i
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    4 W  e2 g, V9 q! q
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){
    . r6 I/ ]8 O! }% j
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 g2 u1 Q) Q5 ~
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    6 u- X. s- v3 Q! b
73.              close(fd);
    6 |. |+ {  q. {) p
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    8 \8 a4 k# E9 A$ {6 N
76.         }
    
77.       }
    / a1 Q/ j/ m, [, T2 y8 Y
78.     }
    ( t6 }( H9 M$ K7 C5 R; A2 j' K
79.   }
    
80. }

复制代码

6 }" ~1 ^" w9 e( [1 _1 y
8 }; X" n% ^4 b4 f
' o2 ?: z- u) O9 t% X* y) }8 z! R