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）
% M2 e, f; L" {

. D: s/ o! D: \5 N" b
5 J0 I8 O- O5 y" x1 T9 E

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）

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。

, P: `& P) D: d3 E
2 I% E) N2 ~9 P2 q$ E

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>
   4 w  q# L$ ^! h' l# q4 ?+ e& b0 L( N
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; O# l) {- P$ u9 f8 D    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

% I; |' i* N4 ?) k    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)

7 N0 x& l$ ?6 e! M+ k% a) O2 R$ ]    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。

# Z% ]+ U) i- g7 ~/ H. J; h! D: t1 K8 n7 W    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：

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）
   
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。
- g9 P  P' S+ L, l4 _
   
8 O0 e# x/ P5 U7 j1 B

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
   9 j9 l* ^9 R1 r+ n! z$ a
2.    
   6 G" M* ?0 u; }* x9 G! m
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   9 n0 ^: n/ |- f0 G5 T+ `; A& S
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   % U( f  e( p$ _( {
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 b4 ]% p, l( L
4. while(1){
   $ q( Y+ y, Q! |$ Y# @* Q
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
   , D2 ]1 E. g! ~/ J3 G
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    % \; T3 P! I" d8 ]* N" |1 |4 R
11. recv(s,...);
    ) |$ ]: r, k: n7 S1 I
12. }
    
13. //do something here
    ; l5 d  W9 l; _: A0 U+ T- J. p
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. 
   . u& u3 P5 y+ ~) K& n( C' Y- h
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ' z- D6 |8 r# L/ `
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   : s" a5 E5 W4 a
6. 
   1 ^; O, E, z9 d- j. T: j5 J' o) R% a
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   % ^) K1 q! S  I( ]/ L: i" h
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：

/ W6 Y7 C2 b5 k, w! I3 U    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。。。
0 m1 }. a. ~" G

客户端：

1. #include <time.h>
   # A4 r# k9 U: S/ z" E
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   1 I( b! h( A3 ~) W, q' B( W
5. #include <unistd.h>
   . h# e1 E8 h" B; t- p
6. #include <arpa/inet.h>
   $ ^4 f3 }) y- i% Y
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   7 ?: g8 X1 b4 }
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    " ]% ]0 b4 y, |6 I* t
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    & i! V- m) p/ l  {. B6 q  b0 b
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    , g# D5 C; g( O- }' s2 `
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    : \% ]% M9 r1 D! T7 Q" I
25. 
    - l% I# }# R3 M4 u; F" |1 e
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));
    , U5 n4 a' H9 g* e" \2 d
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    % Q. \# H  Q- E/ Z) x% ?
31.   
    7 Q; x, N+ N: ^* x% q
32.   //向服务器发送请求
    1 W! Z: X3 {1 G# \
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    . G# a, J% t& i
34.     printf("connect successfully\n");
      E5 \* ?( I2 `  z3 u  K: ]
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）
    5 ^, s% [. g- Q! E2 s
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    8 k# ?1 ^# @6 Q1 R6 S/ P
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
    - s3 o+ B" F, _% o, B- a
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , m  W2 k# Y! h7 F
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    0 R4 R( O% O+ z
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    0 {, v6 |' i  o9 Q) n
50.    
    9 K9 b7 ^$ y: I. Z1 G
51.     usleep(500000);
    6 b' u) m+ n: D8 ]* e$ ^- N7 N$ ~4 x* o
52.   }
    : D4 m0 a8 F" w6 q- X
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   & N' c9 w8 v8 g6 a" g/ W
3. #include <stdlib.h>
   1 b/ p& O. W; l+ G1 m
4. #include <string.h>
   5 ^! I" T5 q# U" p# G- D
5. #include <unistd.h>
   , |! x$ A6 M/ `& q9 h8 X8 G$ w' |  @) |
6. #include <arpa/inet.h>
   + u4 Q6 o' S4 O7 O# t8 h
7. #include <netinet/in.h>
   ) s4 ~8 Y) Y& @+ U
8. #include <sys/types.h>
   + M) j, h  V8 k  E) m
9. #include <sys/socket.h>
     r' l/ r1 b* R( X0 S: E- O) V7 V
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    4 i$ E0 C2 \  j
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    & U  @7 x. E8 @4 K
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ( H/ _% t6 h" ?6 ?0 i* I
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    9 n+ a# K+ o5 h3 n2 e
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    2 h7 _* n( U7 d  C. T2 _
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    & d7 j6 m+ Q6 T% U" l, L0 I
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.    
    . z1 r, W3 r. a# o0 \. `( v
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    6 g8 Y" F2 \8 L' H6 w7 }6 m1 r
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    $ Q; S0 ]* U- \6 b+ S8 ?" |
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    8 W% E% L  ~. N9 e2 j: @! G* _3 Q" ]
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 }. @1 J0 l' g8 l5 M
43.     is_connected[fd]=0;
    6 {- W4 K$ B4 ?3 H% V
44. 
    
45.   while(1){
    4 ?- `, I6 k4 Y+ U& D% N, ]
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    $ M* m3 o7 R) X; R
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    # G% j) @# C. D9 ~; B3 s
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    2 l& a" R  F* }; n, D& k
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    - a# m; N6 [# e$ ]
54. 
    . E* y# m/ @" x6 a
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
    5 ^  m/ I% K- t! J) e
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    8 _& V; [! A. G9 C7 n0 ~0 J& m7 M
57.       continue;
    . d/ S  |# d7 b& v$ L
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
    ) b2 m9 t6 ~7 v8 i1 E% @; T1 W
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    7 h+ r8 V6 K# @: ]
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);
    , R& |9 g$ G% z8 N2 O" B" u
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    2 n! O+ M2 q; s& S$ a
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
    & R+ o! L$ v: Z1 |5 Z
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
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);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    " p% z' Z9 \% e/ N/ t
73.              close(fd);
    / @- a' s# J# F+ p; b
74.              printf("close connected\n");
    3 d. ]! q$ p8 J
75.           }
    
76.         }
    * {# h% v. g: \$ S8 _) m
77.       }
    
78.     }
    " {" L: @4 B( s: l
79.   }
    9 l9 P7 U2 v0 D
80. }

复制代码

; Y( v3 `# I4 ~& s; j

- n  \5 b  \! E0 m
, |1 h- J0 _) y. D- {' T& r; X
# n2 M! y/ v  _7 @