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

/ @; ~$ Z& \4 @1 T8 `# y- o+ d* Y

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）

# G6 ~) ^. }# Q3 X

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
/ }1 n# A+ Z, U3 }

       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

/ B, ]. g* c$ A3 t9 y9 m
: N8 G, [8 m  f/ h7 g

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）

# S. Q  z' P+ u* P- c* L

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）

+ x  `2 w0 A5 t. L

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。

* M, L4 f" O! g: Y" Y% O& d, Q

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. 
   ) H+ v$ k( `$ z8 J! g
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

8 l0 S) b! s  u) v& G7 }; Q; S    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)

# |; Q" ^! z* ]3 A8 L    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。

    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：
" J  E3 Q7 g4 o+ z

0 W  J1 ?" Q; l5 n8 w' K0 j2 V9 w

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）
   6 e9 c# l$ A& K" s7 |
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）
   1 X6 W) O9 r5 X3 m' ^
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。

: R0 y" d) H/ O; n* o1 O   
9 l, C0 h9 k5 P& v7 b2 o* Q

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
   1 s6 ?" B+ S$ x. J. b3 r
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   & W1 x( h0 n5 a
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   - r; v" }) f: J: M& \2 K5 }$ i2 q
6. 
   % `, ]/ T: j# a; I
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. .....
   " f4 v: i1 W9 Q( r: ]8 P0 L4 Q
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   # ?1 C+ n; d2 _7 a5 ?% Z: V
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   3 n! C- b! ^* C. {
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
   1 G9 T: G; R3 p; J
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,
   0 C+ H/ I, }$ Y$ ?6 d0 Y2 S
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   - e# R& k& U3 h" L
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    * c6 A' `. a1 C
12. }
    
13. //do something here
    9 E5 r4 T3 N3 `" h$ d
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 H9 C  J% \/ |' W7 m/ s3 Z8 a' i7 z' ~
2. 
   $ Y& [# @# Q" D0 P
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   & o9 X. ^9 J. r+ @
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   5 X. A+ e8 G) G2 I/ E7 I3 I
6. 
   4 v) Q1 x9 d, C9 P* W* @
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ' {5 ~7 x9 M& F! V$ C. P
8. 
   ( I0 o/ Q% v+ v0 ]
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

& t% A5 V: K5 s
1 D2 j7 I$ V$ v% F' C3 H; E

使用select函数的过程一般是：

5 ~& Z* J) o  S1 ]8 c2 O    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。。。
+ _+ {: a0 @7 `  M

# P1 \: A8 A* p. Q# j. A6 h

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   6 K, H) N3 D  B. q2 f
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   . K1 w# w4 i. R" T+ o1 U, B; a
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   7 g) w5 a* c7 W
9. #include <sys/stat.h>
     y. e' _" u# v! ?
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    $ C4 |9 S/ ~' E) N
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    , P: a+ ], E* P* C4 }: _
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ! t- J2 u& Y" K% t. h5 F
15. 
    ) i3 l" G! A" v2 P
16. int main(){
    ' @' R, M0 R% o
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
      X, @5 V2 W/ a. ^2 l1 w' k
20.    
    
21.   //创建套接字
    5 G9 g8 T! o3 T- e6 L$ v1 y
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    1 U: ]$ u7 o! i- }' S0 x
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    : s' f7 K- x( n. j- `4 D/ j
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));
    " s  }8 ?3 p$ a& D# T) k
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    : l/ A# B% d' N$ `1 |
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
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)
    1 H3 W& u$ ^- n3 F2 K8 Q
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）
    9 O1 g6 r: r" X7 O' u
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    . m! A  [, s! ?! A5 G; V7 X1 N
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
    6 ^  ^; i- A. u. \3 Y+ E: e) v" H
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # B5 i# c/ p9 m4 I1 c8 H
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    & j5 |# |! F7 r3 w" i
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( v% ?4 l" L8 h$ I) H+ B! }7 |* p. Y
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    1 N4 e$ P) Q1 {; p
50.    
    & f$ y& J7 p* i; |4 \, H
51.     usleep(500000);
    8 ~# {$ R( P! s8 ^. ]0 x& {
52.   }
    
53. }

复制代码

; J  p: R9 @6 i1 }, J4 c
1 c; W9 o1 V( Z4 R  d2 y

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   % H0 K3 W7 M0 \) P0 e( A! C# t
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   5 t3 ~# u- K9 z& W  V( O9 Q! M% e
5. #include <unistd.h>
   ) j# h$ ?* g0 A# H& {
6. #include <arpa/inet.h>
     u+ P3 D3 b0 ^
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   6 V. c+ Z% w+ i* ]& V/ i' u
9. #include <sys/socket.h>
   / [) `/ O4 W6 r# P* G: s* G
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    , l( }& v+ e/ V: a0 ^% K) F% q
13. 
    * `) a6 z! I' q; ]2 R
14. int main(){
    # \. `4 c. o# y, N. r- L
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    3 Z( s7 |, r  X  o
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    % Y' W  B! Q7 c  H9 ]
18.   char msgbuffer[256];
    1 C2 M$ N8 z  F% c  P7 F" q8 b
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    . ~5 z/ n7 C, z+ D8 _9 X6 [) I( |
21.    
      {4 h. G* F$ ]* A1 s; m% \
22.   //创建套接字
    ( }: y5 y2 ~5 p$ m& Z2 H$ X7 Y
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    $ K% }1 R. b9 @/ e' q5 t8 \6 A8 R
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    2 X* t5 o8 v( V: m$ o5 k' n
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    , a2 C3 r+ ?8 Q. D# O( B
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    " P# r$ U1 o. e0 O
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    3 N5 Y2 l, j, Y' f) N) B
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
      r* k7 ]5 V( z7 |8 N% M4 q
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
    1 u1 r6 P/ ?# k
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      Z$ R# x0 l# ~3 Y& Q/ ~
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    - C( B1 y" O( ?$ Y% @
36. 
    3 z6 H2 ]% T0 t! B
37.   //开启端口监听
    + ^9 k$ |4 W3 I+ ^# r( ~, G
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++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    1 L  \/ {2 T3 j
45.   while(1){
    5 Y1 [* e& v1 ?" X1 @
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    , M" ~1 @9 f! j/ `0 ]$ L1 y, y1 ?
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    2 E# d5 ?7 g2 C2 V2 ]
52.       if(is_connected[fd])
    - k3 r+ }' V3 ?0 B5 A& B2 W
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    
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;
    : ?5 \) U/ V6 K
58. 
    5 z! y* l) R1 z( ^
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    7 c9 r  J  Z" u* t3 r1 J
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
    6 Y0 y1 W$ E/ K+ ]! b
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ) T, ]  q7 T7 S, R- b% `; v
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
    0 i2 [, B7 {  W& f$ a) {3 I
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    5 `1 V+ X) r( x+ ^+ g% 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));
    4 [$ i( Y2 l9 O  j
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    - q4 p/ H; b! D, r  s4 }. C% L
73.              close(fd);
    8 Q. W& P1 s$ f0 `5 ^/ \3 T
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    5 q3 p- s8 ]7 b( ~0 N
76.         }
    , Y9 R8 [0 s# s: y
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

$ @& n6 U! x- g6 n' X% I, ^

; F$ r* U  `- Q2 @( g  `/ L
) X: v& e6 Z" A

, q' l: U- |0 m2 G