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。
  e. m; V. F3 z1 p6 d5 Q1 H3 Z

     "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）

  P6 G; C7 _' a- u) C! a
8 @% a, D6 f) c: V2 {) y/ v

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
, F# v. c5 q6 E; g+ y& O

       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

9 E  n$ b  f6 I6 k
# L. A* _! M1 J* v

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）

6 }# I2 x, D* Q8 I& e

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）

9 V( }& y/ o; S6 @" y9 |
; [: M* m- W9 ^0 W  A6 A0 Y3 H

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。

; _# S- G' [) e6 t0 Z& U# K5 U
) E: q0 Z* C1 M- T7 \

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. 
   0 A$ F& B& x% v, @9 f7 H
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。

    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。

    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）
   ) w9 R  A9 Q2 e7 ^4 H
2. 
   4 Y4 ^" W8 u! q4 Q% ^
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）
   ! n3 d' f! P8 }6 Z+ `1 S& C# ~$ v, K
4. 
   3 z( H: t; {8 l2 r3 {: C9 o5 L- z
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。
) q% W. B9 d5 N, B- ?' w$ |# R
   

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
   " g$ {, g; [; o, {5 L# o& T/ F
2.    
   ; X# y4 Z3 c  c5 v
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   " k, h! }" }: I6 b
4. 
   ; s# d4 S( v) V' Z$ @0 M% `
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;
   3 ]8 y& c7 M0 m2 @9 v2 x+ Q6 a
2. .....
   6 V+ k% z/ v: Q; K' [4 ^6 c
3. fd_set set;
   ( e( J+ X( X' r. ]0 a
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ( v  q  X& L! O7 ^& `, w% b; |
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,
   / O* w7 f8 A: p) t
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
    
11. recv(s,...);
    4 v! z- {( N% F
12. }
    7 R) Q6 j" {8 |6 ?
13. //do something here
    ( I5 _2 A8 r6 j+ 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。
   
2. 
   : |: i; u& A# _% G
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
     o( S) j# m# L: R1 i7 ]8 ~# {
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ' S0 {3 N8 G. I) j
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   ; J  R& X, ?( D% t5 N- L8 ?* k
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：

6 A! o" n7 u- F* B; v# Y    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。。。
, e8 H* M, N. `7 T

! ?+ }  X* [. V5 M

客户端：

1. #include <time.h>
   7 t0 K2 O8 @; i. L4 d1 O* u$ m1 `5 Z
2. #include <stdio.h>
   & p( v) [, {) _! f, l% S4 g. J; x
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   * n( i& {  R$ a, @  }$ n
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   * w* m1 k. i9 @. v
8. #include <fcntl.h>
   * T  n& m, ^# A  c3 S3 \! m( @
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    % x. F$ B7 `% o/ v
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    * H3 m% q4 C9 ?2 D% ^% m4 J" C
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    % x2 b$ a- m8 O. l6 T
23.   if(sockfd>=0)
    . k1 v7 @5 L" K( d
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
    + L; n5 F- m% m4 E: T
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    : c; ~9 V4 o) X
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    $ ]: L  L6 ^' h7 p+ V6 [- j2 K7 e
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    2 B4 @8 p/ z* L6 I2 z/ M* l3 y
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    1 k) u# v8 W& K- Q
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）
    8 G6 ?' b' t- N7 ?7 [# S- I0 q! @1 g
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ( R0 C' f+ Z8 ^* I
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ; l* B( D- r0 H
39.   
      O5 R; d+ u$ u: b: M; Z* i
40.   while(1){
    ( D  K2 b' H2 O0 ]: g
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 w3 k% I2 p- a. D. y
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    / p" [6 U- i! b3 D
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 ^2 ?  V$ R6 }7 c  u
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    * C' N# v6 Q: `, W) U9 e7 Y
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    8 U% Q7 H3 [; G- _
50.    
    
51.     usleep(500000);
    / ~2 I) P. k3 F3 m# R
52.   }
    " k4 r2 Z: h( G1 q4 i0 m$ _
53. }

复制代码

$ y) F& \: V* a: O( x/ E

服务端：

1. #include <time.h>
   % p0 N7 \3 R% t- A! i  j
2. #include <stdio.h>
   % `4 O, v1 X) S$ x$ W/ R
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   / u4 U6 k( ]7 q6 z' d/ Y, ~
5. #include <unistd.h>
   ( s* d3 O5 R. f1 g/ `) r+ \
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   " J. j6 M5 b* _- d5 _% R& @
8. #include <sys/types.h>
   , M3 t3 `. U0 z! y" y
9. #include <sys/socket.h>
   % W+ Y4 u" l* J( O! I/ H, W; Y' F2 O
10. 
    : t. k1 N# ^2 f) D: @
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    ; y( h; Z- h* f' d
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    6 ]# [# @4 L- L2 J
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    / i! I0 m. s2 O( Z9 X0 R* i; \
20.   fd_set fds;
    - [- G+ @- H! f' t
21.    
    7 l0 N1 J. u7 L: g
22.   //创建套接字
    # c2 T- ^1 S; k" C. W  o! r5 l0 |
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * N  S5 A) \" k8 j  G" `- v
24.   if(sockfd>=0)
    ' _* Z) t3 v, L% b1 A2 w2 F
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    9 A& _) U" j3 f4 [/ \6 q
26. 
    ; Y+ h# f( @& A
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));
    ( t  Y" _- {  T& Z1 i
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    . r( }2 m0 ?+ k: ^
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    + t: i6 G9 c: [% e  f
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
    ( d( k* p# U) `! x7 R6 v
32.    
    $ \$ t! x- C) Y5 z- O
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);
      ^" S9 T# N( h$ R- S6 v
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    2 _  g0 G/ d% k( A
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ) _' P- q' I+ G' O
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    ( j, T5 j& v2 e: \' r9 o
46.     //将服务端套接字加入集合中
    3 _) [6 F0 `7 X& h5 d
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    6 B- j" D& [3 x. B1 _* S# G
49.      
    # }3 }0 P; m# x, f$ T" Y
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])
    2 n) D$ u$ A6 N4 j( S$ N2 l8 J6 E
53.         FD_SET(fd,&fds);
    7 h# B4 V+ T! Y
54. 
    7 G* I. z' y! D' F. Q5 Q" 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
    3 Y9 M( X2 \. Z" N  j% d: Y* |
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    - c+ n& p4 q5 P4 x: M  R. Z
57.       continue;
      }$ E8 I, N% m+ I1 b9 k( o
58. 
      _4 w8 C* x2 J9 f9 B
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    ) I! R  c) b' j; o9 p6 b2 X
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    " H8 ^4 j3 i! i
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);
    * d8 I" ?1 x* c6 Q# Q5 t1 r
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    . Y# x+ [$ H8 N% F) g/ w# z
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
    4 S# y$ f5 j% }' @' B7 _, }. W
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    7 B0 M$ K% S9 Y% B9 Y$ K% \
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){
    7 h8 j" l; f4 s7 a
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , z5 p/ v/ t$ ~2 H% k
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    / u: U% h% F( b& K4 U
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    3 Q, t/ h  X  a1 y
74.              printf("close connected\n");
    % N. j' N- l) Q+ S: }& a/ c
75.           }
    ; Y0 t: ~# B' |) `
76.         }
    / W2 j  E* o. ^4 q: d0 U
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    5 t, X1 n! l( L  c+ a
80. }

复制代码

3 M' \9 H" w) D' J6 Q# r