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。
- N# a) r7 t9 C' X1 E* o

     "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）
4 G7 K/ Y! `( `5 f% K9 N# C

6 u$ d" n0 B+ U; C

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）

5 q& A- d* G) E- S5 z9 S; ~

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）

9 E9 ]. Q5 N* T/ e

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。

' g) C# g% _4 K0 o- J: S3 S5 F
8 ]4 k  e" D( c1 K0 O% r+ w

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>
   + h4 d4 q# R: n
2. 
   $ l( O0 _* n) R4 b0 _9 `9 d; _$ `
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)

: Y( c& j/ ?$ B+ X. g    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。
8 P. p8 Z! T, z/ A8 R
" Y5 B! l1 a7 n6 T. j) S- D    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：

" t! m5 B. F8 H- c/ p0 l% ^" G

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. 
   9 N9 @6 y) }2 j" Y4 c
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. 
   / P: c3 p# L1 _  @" v1 }8 [- W
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。
" [8 H2 w8 r( z
" o- N2 b+ V+ p; H% i  Z+ m3 o   
! A. D; O8 b+ s8 R0 m; x

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.    
   : b4 m+ z( i7 k; E' A
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   " a& M0 B1 e) r, K' v' Q2 V
4. 
   ! o9 n/ ~  @) ?6 a7 E0 g8 |+ C
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
     i' |, E/ v  s% V8 Z" W
6. 
   / E& Q7 c6 u: f7 s  h/ d- [5 N
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;
   : u! `( F/ o) J; Z8 x, `4 h) n# z
2. .....
   ( K) a) l- b7 n- A& S
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   4 X+ @' ?* |( |
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
   $ C) [# `) f9 T+ T7 `8 t
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   9 i' t; F- g  @' m' s9 q& ]
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    , A2 v+ A8 N3 F6 `' ^
12. }
    - j  Z5 Q# W" {( b
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. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ! X/ p: e- R/ s4 h' F+ Z
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ' Y: ?8 N" i3 ]& H) H
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   7 w, b0 U' F$ z6 ~, B7 i: W
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

# b1 [- y. T- N! K- a

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。。。
+ N' V3 h. W* }) w( ?- V

客户端：

1. #include <time.h>
     L! A5 i; J' i0 g# c& p
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ( r4 m' T4 m3 g: I. ~# G$ w8 \
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
     g: ^  m- {7 |" R
7. #include <netinet/in.h>
   5 h7 F, B5 K. e
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    1 D/ u6 V) _; L9 V  R* y, M
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ) M; _. x  g2 o% n
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;
    ! a1 N* z/ ~. R
19.   char msgbuffer[256];
    , b2 f' _- @' I4 z8 R+ w
20.    
      x( t7 r% o; z& s
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    / F, K5 G$ L& o9 H
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    # X9 l" |2 j, `9 O6 \0 d' t, m
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    8 A7 U# H# T  D3 P% K2 G
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    $ [+ _8 f) h% {+ |( _$ k6 {3 O
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    $ s$ {( ^# U3 \
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    3 y) s) D; z! P/ F
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    3 ]8 q3 L1 g) i! P  n; V
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    9 M( V' Z) P1 i/ d/ R
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);
    + @! S7 w9 t! B6 M+ v2 g0 K
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    : M  J* H2 c6 v1 S! y' E% m
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));
    " _+ J# b/ u( Q/ Y, a
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    , _) u. c! v5 e# Z- x$ }: w
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , n. B9 F2 j: i% e1 M5 I' J/ B5 n+ s
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    # Q+ \/ ]4 R! E* W: L
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    9 ^6 b+ E! v; P  o
50.    
    
51.     usleep(500000);
    7 x6 e7 @& c: c5 G6 a
52.   }
    
53. }

复制代码

6 G) f2 d$ I; s- z

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   7 I3 s6 C" k4 e4 j% k& |
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   3 G. k0 G! W) ~  s" W
6. #include <arpa/inet.h>
   $ n5 i  J/ [/ u: }. n
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   % S, A- b1 u+ G$ X$ u. j- j2 r
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    , E; r( c& l0 Q, r9 ~! r8 v
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    , r8 s' e" Z$ D7 t- t8 a6 l! r7 j
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ( D+ t- i7 X( o
16.   struct sockaddr_in addr;
    ) e% b3 E" x5 R' H
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    7 Y" h' o8 i# |& ~$ ]1 Z; L
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    5 \* j( q( L& N% g
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    & r* h; g5 P) u( K3 m
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    4 x$ R1 ?: k9 u/ k' ?5 Q! t
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    + g- ]2 `' n5 s+ g. i; j# [
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    0 |3 Q1 \1 e& t* ?
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    6 D7 J' b6 p6 _
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)
    8 _  W1 a: D# N% a8 j/ o* D
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    / s' y/ P: ~* R, @  y$ t
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    0 I% s& G7 j2 S2 S( A
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    % d# I/ y  H$ m
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ! J1 P) u9 R9 h- W
45.   while(1){
    5 I7 _# J1 S1 y4 z9 Y, l
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    6 X, l% z' S& ?- @
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    4 a9 m4 G( B3 z" V# W
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    0 z+ {; ]( J! E# ]& p  E
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ' F/ Y) S) @8 Z7 m9 ?* S
52.       if(is_connected[fd])
    : W, D3 ], C" g2 F' c' z
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    ! F! y# w; ~( R& j* W" x
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))
    
57.       continue;
    " {; n# X+ c+ h; Y. B- K
58. 
    & f1 N# N" b  b+ }! x* z# k
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    6 d9 d' C! j& R4 v% q2 @, a6 D
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
    * o2 I5 l8 g3 [
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    4 }  q! i5 n/ ?% }$ ]: A/ D# z0 ^# 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
    ( O& E% U& `2 m) @( `
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    : I( ~5 T# _/ P4 }" Q1 n
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);
    " I+ K0 t8 G7 E4 t% ^& Z
71.           }else{
    7 b' ?, W5 v) }
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
      R) C6 a( h' G% i. M0 {
78.     }
    % o7 M7 V& ^4 u$ L5 h+ Q: y
79.   }
    
80. }

复制代码

5 h; N+ k3 G; s2 ~


- h  M0 A! o2 w4 a. q6 \, x

9 ^2 E: R6 J0 E! r0 p