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 f4 o$ T) W9 H; b' H  c5 U* ^

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）
+ v1 m4 ~# S6 `3 h* d9 q' J

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
3 o: }! j+ Z' g: f

       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

! e  l3 Z% y" x4 O# H0 L# 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）

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）

: M2 t3 t- B. b# l" x" f/ _
. {  _  w5 d# j
1 u$ u- t3 H: f' W" t1 A! n

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。

/ T  n* ]- N' m3 H6 m' W
3 {4 l3 A4 e6 k9 [2 K

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. 
   5 o+ m1 B9 b% e: [) i& [
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

7 R: X# ~/ H! |' p8 {" ^    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

% K& p" Z+ ?% ^1 \    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

3 ~( ?& o& u; P* G8 f& H  q' V0 a    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)

( z1 z. b. w2 b    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 A% q. Q9 \5 I
- D' s7 t  v, ~" {& g  m    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：
7 q' P& Q% B/ U4 J7 n. |

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. 
   " k2 e( ^+ q: G2 Y, X
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）
   8 t3 ~5 B( T3 D* F- t* j! I
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。
  @# S3 E4 D0 j2 d/ s, {
   

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.    
   ' I1 C/ u% l5 M6 A: g
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   7 W7 j, y6 d' N  M! m' y
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   # `8 r: J* q$ m3 ^1 o- `1 G8 r
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. .....
   ' v- V. T: m+ ~8 g/ L
3. fd_set set;
   $ \( r' A9 _. y9 u3 R3 H
4. while(1){
   
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
   . x$ h, O& o5 A) z6 k9 O2 v" W2 o, d
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,
   % B% g" d7 i, c
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   9 m0 I3 `2 O5 h
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    + L* B6 Y0 f& I/ P5 W; C
11. recv(s,...);
    $ L, f% p( Z6 x5 Z) ?
12. }
    ! @; z, U( O& R5 p" @# c3 V
13. //do something here
    . g0 P5 R: t4 P$ k, w
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)
   " [, _9 @, ^( S& o% s
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   ; X  S% N, v. u. G. k9 h6 C  I
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

# Y* g2 ?2 Y6 K6 @* S: [
% _: C, P2 G/ G4 M8 k2 i2 `

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。。。
& \% @# @& D" ^) n4 ]

" p* R: Y. P, ~5 w3 C8 _

客户端：

1. #include <time.h>
   : A/ y; Q; }, w+ D' l
2. #include <stdio.h>
   8 b& @, ~6 X  \
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ' R3 D! j: i& N  T  B: y: x
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! \( I" `5 d$ p1 n5 Y8 N
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   * y1 P4 R7 F6 D8 }$ D$ N0 g
9. #include <sys/stat.h>
   0 J6 q& J( l$ g3 x* i( l2 [' k2 L5 q1 i
10. #include <sys/types.h>
    " g9 t/ Y4 Q  ^. l6 V. v
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    % }1 q: _; Z; c2 q# m9 V2 H
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    2 [1 m5 I- ~7 m
16. int main(){
    9 l+ x6 k0 g, g* A& C1 M
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    2 E  |+ o6 S4 y( L
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    4 t3 F' _( M5 W
23.   if(sockfd>=0)
      G  t) a' O2 o0 v# S
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
    6 G$ L8 N3 V+ G/ ^. ?# o' N) b9 v4 w
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 s* \* J$ l6 \4 B
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! k1 M  q* p( R' M1 J2 l
31.   
    & N7 v; M5 f9 R, O. V0 ~! l6 g
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    & {; E9 b# K- L
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);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    8 V+ {. U# N' L* V( `
39.   
    
40.   while(1){
    ) E7 h& x$ V! o- s
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
    : |. J8 v* e) C; S5 |* ?/ ?
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ' W1 O! u3 Q$ o1 y' Y
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    ) t7 w9 t' i+ n. u5 X* i. Z8 y
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    / ?4 u2 s8 [: m: n% }& ~- s
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ; t- d2 {+ l. `2 h
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ! ?9 A) M2 m( _4 y% f# x( b
6. #include <arpa/inet.h>
   4 }9 I/ w7 u: U
7. #include <netinet/in.h>
   ! W* f8 G# E4 V2 }' a% ]# }2 d  a
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    ; {  c3 v6 G$ a, U0 D8 t
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    ( u; @. ?) u1 f! Q) y8 n# h
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    6 u; C/ L" y2 \' ?2 n3 v
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    5 d' m+ `1 H# F" J- y4 U/ V2 J
22.   //创建套接字
    , B+ f& T$ ?$ ]1 D
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    % D5 f9 j) N) U. ?( s
24.   if(sockfd>=0)
    # D- y2 O! B  m- P' C! ^+ S/ K
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
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));
    " X! X  V9 G' b1 `" c  S
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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
    # [7 R' ?6 M& O  M
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    ( r- J& Y# F6 h' W
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    3 ?8 u1 A) F# x- o3 ^
36. 
    1 p1 D: g, V# a
37.   //开启端口监听
    $ M/ ?; u+ \9 N. H5 r0 r7 C8 J
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ; G9 h) l2 Y; t6 Y! Z, Y
39.     printf("begin listenning...\n");
    9 h. I+ {7 k( Q+ I
40. 
    5 W& K% U  l) _
41.   //默认所有fd没有被打开
    5 K, |$ W: Q: |! H  L1 D
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ R% c$ Y" d; u' w3 v
43.     is_connected[fd]=0;
    % g" ]) ?6 [% ?& s- Q) o
44. 
    * W- K  g" S1 ]
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , h! F* f+ R- S( v& z
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    , q; @  |. R- e5 C% i8 ]3 w
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    0 P. H1 u* M) J
54. 
    . o7 [8 y2 ]! u) o2 [' o& s" U& R
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
    3 M0 S/ R/ ]& n" \, d  r
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    % r, W# r; \8 X0 }
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ) U: |5 l) r2 b
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
    ' Y! G: y4 \9 J% {1 C
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){
    * [5 O3 G4 ?) v! M
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % T& o# N; X, k7 W7 I
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    1 L' O2 P% _  @* l3 G% b3 g. {
72.              is_connected[fd]=0;
    3 B5 p7 @' a1 R. e) p
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    / Z0 E8 _! C- c# d* @4 a- z
77.       }
    & ]$ P6 r- J9 A  a% l, f1 V1 o$ w
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

2 c6 B  r4 n' f8 z- _8 {& J
% i6 k3 _) J( `/ }

' _( Z( E0 \6 b( @7 p  s