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 g2 N, E# n0 l# [0 `& j

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）

4 G  }$ g. _; ^1 H& {; U

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

. `  ^2 m& d/ w$ R) z: J7 A

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）

# ^( ?* r8 t% w4 b' G3 ^# r

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）

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。

% x4 k6 w9 h1 w: c) 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>
   
2. 
   6 q7 E% T7 b- |( p% X% z+ P9 }
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

" R- J5 f9 p( o% i' w    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

5 a- M' R; V1 @# q% P& k    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。
- G6 M' @2 Z  `" B/ T- v9 H6 _. w
0 ~6 c: k7 v7 x9 Z    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& G1 o! x0 [! l4 w! m

4 V! h" E  [* t; m; v

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）
   ( j! T9 b* P- g# K
4. 
   ) f1 w8 w  E9 K
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。
% J2 E' x3 W( z  y7 V
/ R$ |1 d1 H! I2 B* u3 w! M   

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
   0 f) ?& Z/ Q$ N5 N% z: B- v
2.    
   / m7 R. G8 z# [1 w1 z& p
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   ) L, ]! {9 _+ M0 d8 k; m
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ; [) s7 }; Y9 \& F0 t" X
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. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   / |2 y. {. l) n2 f
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,
   
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
   1 z/ T1 o. d7 P, R, _. v
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    4 m$ t' N. i: z% P- l% y' q3 O
11. recv(s,...);
    
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。
   4 X: i9 }3 s' d5 K! J7 O
2. 
   ' _" @% Y) |; t( Y5 e
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   - q  C' K4 d2 d) L" L- M8 O9 V1 j
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   * d) `% a" z2 ~/ R, V( l$ s3 J4 W+ {
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   7 I+ F! s, A" q7 m: h9 ^. c
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：

: H' T! V8 s, Y# L% _. ~2 g8 a    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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
     X; P% T2 l8 j
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   3 ]2 Z. ^, Y! Q( |' r2 m9 H; i0 i
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    * L( ]2 ~* ~, k! c* P. c1 T
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    + t( g0 n5 I5 C  F
15. 
    
16. int main(){
    1 N) y5 U/ s' ^3 j
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    , `) j$ x: C0 Y+ y2 ?2 U/ o
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    % D# l( g* J5 }' L/ i  v5 I
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    0 c4 v! Z& B! d
23.   if(sockfd>=0)
    " u* z. r, C# t: C' @5 J# A( d
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    * J3 p+ v3 \: ~! C) F
25. 
    ) v6 E/ x  b7 l4 s4 n. J
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));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    # J8 b$ u) c8 `. o; ]
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    + ~( _! t5 n: Y3 p" O
31.   
    : @* g; {& V6 k1 }7 [1 n
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    . `1 F. t3 O) d% g  [
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / {" C# y5 i- ]
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    1 s  S, E0 \$ c0 J: M  _
39.   
    . q* V  z9 I7 o& C% S) @5 Q
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 s9 `( G2 Q8 y2 r, k
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    1 n/ F! z' ?( ?* W& |7 k: a1 j
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    & k/ X1 ], A  Q! F3 p
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + y6 w" X7 ]. p
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ! G+ S. A; e) E  }6 @7 n+ r
50.    
    6 K" V2 W5 D( O
51.     usleep(500000);
    4 T. Y) l, F# U" I; [9 |
52.   }
    
53. }

复制代码

" L6 v6 b' Y6 j; q% m1 J

服务端：

1. #include <time.h>
   6 X1 q, @& `) B2 o  s/ G* i
2. #include <stdio.h>
   3 Z6 G3 z9 T3 ^7 z5 X% P- P
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ' q! F" M3 u: m5 M6 A) b9 F6 m; J
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   # j$ T" b7 A3 A9 x/ m- B6 t' {
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ) s8 t/ \! D$ C/ k1 g# b& e$ M
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    # E+ L6 }8 s7 e0 i% s) O
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    $ R7 o- J2 x4 o: X% O
16.   struct sockaddr_in addr;
    , _# @9 C- K& N$ o& X' ?  m+ Q
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    ! `+ T: \; d( _9 L6 Y9 {
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ; P+ e) m2 D" @8 A) b3 Y3 P' C
20.   fd_set fds;
      e% v$ @$ n- k
21.    
    2 t. \" G* @5 R. T, h& }. C9 w
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    " A$ C6 O( y8 @5 [
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    2 A8 }# _- [1 @# F9 V
26. 
    $ s; O8 V+ O4 f  C6 w
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 I, d0 r& a5 c
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ) O: [8 E3 C* ?/ V- z- l" ]
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ' ~+ E5 x; {1 R  m! ~% n: q
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    9 z3 P6 U' b  E. |+ F6 G
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
    * w- g6 P: V; D% {: F
32.    
    0 H+ x. p6 i$ y8 L- {" v
33.   //将套接字于端口号绑定
    . L% Q& d. L/ Q3 H5 V8 T
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    - X& [* e  b$ l. Z8 O+ [
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    ' i% g+ ?! U* R
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ) ]6 O; e: k8 b) D; c7 W  r# z, e
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    8 p+ _7 U0 |' M3 I! o) C- y3 V: B- B
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    / r  s0 C& X$ H$ w
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    $ Y. L- N/ }  h& M. O9 c9 w5 `: l
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & G6 y$ f' H) {) y' _
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    7 x1 H/ {! H9 h3 B+ @3 X. K! l
54. 
    - r& }% W1 p* `3 j! M0 Y
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
    & S# G7 _) _: i8 g( c% h
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    " g1 X) G# u# B. {1 X! T
57.       continue;
    - p9 ?) S9 [* N8 [9 @$ v, j
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
    ' _& _( Q* \2 W8 q6 W
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    8 h' W6 b: z1 z5 _6 f3 E9 |
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    " U* A, }' u. c3 c( T$ {
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));
    , ?8 V+ ]: e! a2 k8 q' d3 J
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));
    / o6 T0 Q+ q2 E$ @2 c; m
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    6 }, n& Z  {2 t2 `3 k$ [( X# ~  ]
71.           }else{
    ! r" ]5 ^, b: E) K
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    " F# n! H( ~. [4 y  T: J2 d# [
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    # c& {+ B% k) Z: \
76.         }
    4 ~' f7 Z% ?' R. D- D
77.       }
    4 l* ]$ E. ?! k' O
78.     }
    
79.   }
    ; J5 t3 `! u& H
80. }

复制代码

( i" J; |8 L2 {. o% r4 ^1 v

5 z" K8 L! V2 L; P7 z! D/ }
, @4 t4 T3 i8 ~* {2 a