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）
: C; q" ]# _+ C3 Q. ?) U

. b/ X1 V! k2 A% y6 U
1 T' y  F" J3 R/ _# ?; p9 [

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
2 K5 T1 K3 D5 y+ O1 o4 S

       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

0 _5 ?  G6 m) Z
) w; a# d+ Z2 Y1 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）

( s5 C) D! F4 E, O% {6 a2 n% G, y

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）

3 n" b# X1 h" h& @0 |. c
% {  m$ y4 K, ~# P: Q  V" N
& R: e/ N1 x! `0 A! w

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。

& U  x( L2 x, d) {9 |4 X8 z! F

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>
   + q$ r* J# d, X( `" \( C/ J0 Z
2. 
   ' c# t" V  S, {
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。

- Q$ U/ K2 r5 I    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。
+ h1 ]6 k. @% h! [& x
    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：

, y) V" O6 q2 D3 h( M% Z8 B

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）
   ( z4 B6 J! d4 z- l" B# [
2. 
     ?3 Q: B# f: V) W
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）
   - D% q5 r* l) X' c8 h; s
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 S2 x- Z( [7 l0 q# Y   
# H( D$ d9 c( n

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.    
   & |% ~, [, E, Q) V
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
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;
   * e/ J6 ?  P+ H' L; n- I+ O
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   ! B/ s+ ?5 a- o% F  A; }4 ]$ O) 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
   " S* F1 p! t7 [1 u* @% ^8 ]! k% q
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ; e& p* Y6 C( w
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
   / _! v  H* r9 n0 B7 y# C" G
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    1 p1 K1 l* x+ X9 x
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。
   0 G, o' x$ u- v
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   . m) K* u/ u, |  ~# k2 K
4. 
   , d+ v, e0 o: [7 n- V1 K3 K  O
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ) d. g/ V5 ], |# h0 {0 Z
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ' G: m. K2 p7 v. s# y6 H' y
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

+ Q5 b9 I8 k, c. z7 H7 y2 Y3 Z

使用select函数的过程一般是：

& z/ y* ]0 h% _- t$ ]" p& ^    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。。。

4 w% ^7 j0 k' M- W/ \

客户端：

1. #include <time.h>
   ! x! f  C8 b  q; _2 V
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 ^! }, i6 p0 a) n& S% y4 E
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   5 a( R# K2 m! h/ x1 W! F
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    6 d% {8 J# u& c5 `2 ~
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    4 K/ b; w& O1 e4 p& T' d8 c7 o
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    / Z: A+ y) N8 b+ z1 n  w' c
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    : i7 C# G) O5 x) q
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    0 R! U' Y* n  }$ c; E
20.    
    . }9 N& ~! Y8 L  D; g
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    5 ?, |7 D4 v2 N: h& [
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 W# k7 f  \" K5 l0 V+ f( J
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ( e. L$ \8 {8 K
31.   
    ! O2 Y( b4 P- `$ ]" O2 K4 U, C" P
32.   //向服务器发送请求
    - d) x. ~2 F+ T" }8 S, R5 s& v
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      k4 F+ s- x. o& K) z" |& x
34.     printf("connect successfully\n");
    5 o: G: w1 i. |4 o. o* s
35.    
    . s, K0 C% t, I5 V: O  h# ^, W! ?
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);
    - \! H# ]7 D# d
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    # b: Z& Q! ~0 Z" {6 z' _
40.   while(1){
    . S& ]+ ^: s- u/ Z% B
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    . [( L! B& j3 g& v1 ?
45.       perror("ERROR");
    ; e( A# Q  P' j, i6 @
46.    
    ; h7 I/ T, |3 u' n8 O/ ^+ v
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    : G% S* s4 f0 }5 K) Y& `) [
52.   }
    
53. }

复制代码

8 l3 ?/ N$ C! }  {
$ X: i$ h0 Z; }7 a9 j  v9 r+ G8 N

服务端：

1. #include <time.h>
   ' S4 J" t7 u3 c4 z
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   7 W$ i! q: T/ N6 B% i) C" t
4. #include <string.h>
   0 v) N. X; u( n; O' n0 E6 c
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   " f9 A% o2 o3 R. |
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ! C* f4 V# z9 u( x! r8 i7 j: p; p
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    ; J5 I) W- ?3 c$ `! a4 ^% ~
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    2 A  i  C  k4 v/ m* d
16.   struct sockaddr_in addr;
    3 Q0 j1 S  ?, O# V2 d
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    $ h9 |1 ~3 M0 @7 p8 S
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    0 W  o+ ~0 {- E" k# [5 ^: v/ n; T
21.    
    % q& A& Z7 H/ q" a
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " o+ j7 l4 `3 T6 }5 l% B
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    + b# \% Q9 h3 y
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    * a5 G: D8 l8 S& {) o6 l
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ! Z8 }1 N' g+ M0 V0 {
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 D  i* @% r2 o; {  j* w
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
    0 y! S& n" x9 S5 Q# Z9 P
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    * l) q6 p7 ^4 z: V2 j
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    * o; Q! P3 u+ T2 v1 s
36. 
    ' u9 f  \# t- C* y& @. z1 E
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    - @% p+ y( T: w
40. 
    ' P  R8 m! @0 i4 I5 S( O  N' F
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    + L8 l, D9 A; y+ n2 m  m
43.     is_connected[fd]=0;
    + ~/ q, W, i- W7 x/ S- V
44. 
    
45.   while(1){
    7 |3 w! N# z0 A
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' g7 C* M8 v) g6 m3 [1 j. y
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ( |( }5 X8 B# l( D8 y* Z( q* [
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
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;
    
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    8 z! T8 |# _$ F3 b; Z4 Q
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);
    , r" t3 z' \# `+ ~0 p9 U7 c( r
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    & R, @5 X9 {% ?0 V' l9 h$ H# N
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
    2 B! c) r% T+ w) ?4 I+ M
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    $ F% c4 X' {$ ^
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
    1 ]/ j; @; {, G+ Q
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    : l  K. g0 s/ X
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    : X5 L. G6 A. S9 A9 k! q9 g* y
73.              close(fd);
    ( @3 G/ u2 U: _! H
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    & r' D/ H# \8 D" N( n4 ]# [
77.       }
    ' ]! D$ w: P! ^
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

: _3 p( c8 x# L$ p$ @

7 A/ F! M0 K' o4 x