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）
% \0 S# V; e$ n5 |! y8 {

  `, C: z2 v' ^$ h; M: O2 e
8 y' p" ~( x/ p, T) ?. P/ V6 L9 W5 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
  f1 y! E0 P  ~* r: b, d! x; `

       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 t0 ^: L; q1 V& \8 d9 _

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）

* `3 @* J. q" \& D) Q

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）

' R, b4 |& A" x& O0 d) x
/ c: V) K/ S) v7 M' b+ E' n1 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。

* Z! G' t. d6 S0 }* X& \

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>
   * n8 m( S1 P) A5 h4 P# A
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

1 V, E. t2 P* ~$ z- J    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。
" Z$ O6 c. E2 d: v+ Z
    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：
, R$ I4 y( e) A! A" x

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。

1 d9 O) r1 i" u, I+ ]( L/ J9 k/ 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
   
2.    
   ' m* B' s8 H) a$ v' V  z# F! X' K
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   # L! c0 n* e9 n; I& }
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
     i$ `) z) _- B  Q
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. 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
   9 q" \& J. @( j/ k; p- L
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
   2 j3 h8 {  U7 u, w  H
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    9 L0 n# l) p1 V( ^
11. recv(s,...);
    7 b+ c# F; f. `3 r' F( g8 [
12. }
    ( a; U  T, T  O
13. //do something here
    5 W2 N' M* Z" e- w0 D" U
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。
   : N4 ?7 ^( b% Y  M# k# I! S: }
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   0 O- ?7 Y0 w& `  _$ K/ |0 O
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   / Y. j* l# Y; q5 O7 G8 Y7 h% d
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   7 t  [0 n( m' i" Q7 v2 H
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

" ?) Q) j( \( @7 z* S/ G# ]

使用select函数的过程一般是：

  V  V  k7 Z$ N* G' f! ]& |    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。。。
+ X) H! A" N& g7 u3 f) Q4 D

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   $ j, L* @, J& p  S& h+ q$ R
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   * e+ H7 I3 C2 n7 S; c) g
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   $ T; {3 I) O* ]/ W- |0 Q4 V- Q/ {) s
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   1 f; V' w$ c# R2 j1 d
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    5 Q$ i( @& o2 {5 Q' P+ y
11. #include <sys/socket.h>
    / U* g$ t9 |2 b& p, k$ T* w
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    2 b0 y4 `0 N4 V0 t3 r
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    3 R: J. Z0 d( a' k, ^) r; @* o4 K" M
17.   int sockfd;
    , Q) T3 W  G, v: [7 J7 z9 f
18.   struct sockaddr_in addr;
    $ S, Z% N6 S- i1 G# ~
19.   char msgbuffer[256];
    + l+ k9 ?/ \" z7 b
20.    
    2 G% P* E+ W& `+ h( _& z9 W5 X
21.   //创建套接字
    # L% L3 j( L: d$ k! ]( u0 ]
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    8 C  L9 T  N" k: I  M, U
25. 
    9 [* K0 I; O# X% i3 W2 c
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ; Y9 u4 i7 e% t0 O* H) P
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    % I1 ?  f8 B, g/ _& y3 @
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    2 c2 g! _& j: @
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    $ u: a* u, {! Z7 n, [8 }
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    & r4 p8 r# B4 N& p0 n$ `
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    + ?; l6 s' P  g" G
40.   while(1){
    % |! j' e6 z6 h# h8 ~! ?0 Y6 o9 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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    5 B- g# c. b3 Z' O' G; d
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 C/ R# A7 T( t% Z; v
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    % @: n6 I! _- K: ^9 B/ [' q4 ^3 \
45.       perror("ERROR");
    ( ^3 D' t5 t" Z
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 _0 z) q& }2 g$ j$ c4 P* F+ O
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / {  g; O6 Y1 c' w6 k% X, I: m$ _
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
     e- E3 \7 v# w+ e3 k
2. #include <stdio.h>
   ! h  i2 E+ p6 |$ b# S( ~
3. #include <stdlib.h>
   / I  s1 t0 s" j
4. #include <string.h>
   # {5 u1 `$ R( l: _& S5 v
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   , T/ J9 A: k9 Z5 x
7. #include <netinet/in.h>
   5 ^7 f' h6 G2 R) R! u) a! ?
8. #include <sys/types.h>
   ( }& l% K$ v' b' h# G$ |3 {: X
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. 
    
14. int main(){
    / v$ n; a( O; @& S5 |; [" P
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    1 V$ n  e6 ?1 {) n9 s' y9 s6 s. V  o
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    $ z2 Q! f) |, t8 M1 L* `
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    1 o# C' O! x1 L3 e
21.    
    + r/ U0 @' d" \* x# Q
22.   //创建套接字
    5 j* t  v6 t0 F( i
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    5 }' G' i5 H) U0 W! c
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 _6 g/ Y: p. y# H
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));
    + v6 X2 W% |. B0 E( W( X) P6 _
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    / ~0 c( W& J9 l+ p% }
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
    
32.    
    0 f7 ]0 b' N5 o* v: O6 C9 D. }# e% f
33.   //将套接字于端口号绑定
    8 C) ~3 K) T, h# q! D* R! S
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    5 c7 V) i- ]8 v; a
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ! O* f# X' e% ]9 L
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++)
    $ C5 K: ?$ e( Q9 n! {
43.     is_connected[fd]=0;
    # L; B$ i8 a# Z, f
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ) i9 z" n% i6 E
47.     FD_ZERO(&fds);
    # v4 h$ L+ s. P) U: Z# {9 p
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
      K5 g6 t5 r3 e8 [# l( e
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    % k( k: i8 Z! Y; F, g) J
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    . Q* f$ r' H9 \6 W1 p
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
    * q- B, F* g* d( W/ @/ u
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
    8 J' z  P6 K3 f" B4 ^
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    ( t- }" q7 C% U: K( D! _
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    5 I" W, I. b  L8 |4 f  n( Q3 N
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
    ! W+ \" L) Z6 j6 d
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
    , I7 S6 j4 s2 E/ c0 m
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
    + R( v$ V% P& H$ U& l- m
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    * b; H6 O7 ]0 P$ q$ J
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : R" G% T% L5 ~  F
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    4 v( \+ J6 G5 k$ E  g% f
73.              close(fd);
    ) I( K. I' Z9 r: S; k
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    9 U" a( F$ f3 ^# Q* m, M8 L! T
77.       }
    & Q) d# o3 b8 }# R* P% |
78.     }
    8 k7 ^2 @; I, G, f" @6 q# j9 c
79.   }
    - X+ b. v! f& v
80. }

复制代码

! b5 w  w4 G+ b5 m& a0 j' E7 f9 ?1 [

$ R% q5 W4 V5 N9 q$ t
& r$ }' f4 g& y9 s# R/ @
% L1 [6 O' Q- m