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

1 [" C& y8 m  ]$ m9 q* g' 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）

7 `6 D1 r% \% ^2 W( w% P8 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
6 }* c, c' g) D& d6 B. T

       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）

: A/ Z# T( `. S* j" |1 d
, w! a  N' A8 x$ }' M4 W

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）

! O8 ^/ {7 [% z$ g; t1 A: Y+ Z8 x

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, [4 v, W$ Z) \( @5 Z

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. 
   ' J, t: E% _0 `, H- ]1 J
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 t- h( `+ c: U    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

+ U, B! s. Z5 g) P7 d# q    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

; R) d; p; d; O7 M7 a5 f* @    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：

3 }2 d# w& }. h* w' u

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. 
   " U4 \9 F! V  R) |" v% 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）
   . a+ W4 N" `$ }( T/ 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。

& G( T- I6 J5 p: ?+ m   
. @- b1 ]9 R+ @& v

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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   7 G/ t9 Q) @7 B/ `5 ]1 b$ \
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ' p" [& [" y6 g% T
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;
   ( L+ a' w0 A1 W! G# y
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   1 j+ x4 y- i8 W1 e  l# ^
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   $ u% {4 K+ t/ s/ P4 D
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,
   
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
   7 V% V8 P- ~1 p8 d1 H
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    3 U5 z. ]$ x6 @( a& x* k! z
13. //do something here
    0 e3 W6 o7 V9 ~* k6 T
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. 
   % i9 r# ]8 T& I& l
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   , A! H8 y5 v+ o. ?' Q9 j( x7 I
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
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

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。。。
6 g/ B- \4 T- c: ~9 M' S

! Y- |% k0 e& W) D

客户端：

1. #include <time.h>
   ; K+ _' U. v) {
2. #include <stdio.h>
   / R1 ~' V4 x, m4 U/ {) L* `0 c( ]
3. #include <stdlib.h>
   0 W/ M9 w7 g: Y; I( e
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   ; g6 ^! a+ `1 V" c2 u, E
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    % r1 X) s  L0 o# d6 Z1 `
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    % l; D! k* ~3 v  R$ L3 q6 Z
15. 
    6 E+ L3 q4 j* f/ |
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    9 L) B: l" N+ @+ y. p" @
18.   struct sockaddr_in addr;
    + y( m) g! c( r& Z" M4 F& y
19.   char msgbuffer[256];
    4 j; J  i; d* V9 Y2 a, a7 \
20.    
    
21.   //创建套接字
    6 a0 C- k( E1 w7 a- `' I, Y) Q% a/ K1 x
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    % V& B+ v/ E# d; N
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
    6 r. D: Y% Y+ D) V0 M7 J
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    8 \' l5 a! M- F" @
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    , Y( N. O$ N) b1 m
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    0 }7 c" o9 P3 d9 y: V, E
35.    
    ( I% [  S; ~5 E  Z, E1 E
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）
    " F$ k' N: |) ^8 q
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    * ~  W* p$ d0 G/ u6 e2 }" F
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    7 P; q4 O/ w7 F8 \  G: n
39.   
    
40.   while(1){
    
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
    9 C. g0 b, c, d8 h0 R3 {- V# c$ h
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    2 u) [# h9 d- }9 N; X+ T
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    ) S$ y# X3 v- a) V5 y0 w9 n
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ! B, G, ]0 e2 O2 M1 Y  n0 Z9 E1 }
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ) U. u3 h9 j2 A! i8 J
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

  D/ S; V" X  E; k8 o

服务端：

1. #include <time.h>
   3 d( t/ x: B! j0 c
2. #include <stdio.h>
   2 `+ x; S# w" R
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ; J. x+ }" U% D! X0 X. N/ x
5. #include <unistd.h>
   . u6 K" b6 N+ K
6. #include <arpa/inet.h>
   * U0 [/ f$ c7 a( c' o
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ; |  O3 Q: C1 }
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    . E6 G) q$ U! [/ T6 O: |
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    1 ?1 y+ }7 E4 z- [0 s
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    ; o9 p% K8 S0 p. `+ ]: E! L
13. 
    . s" C  d8 L# x
14. int main(){
    2 q, h# L8 J; k2 \* }1 h! D5 ?
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    & X0 U+ [, ]2 w1 j0 C9 {7 a
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    - I% |: M+ W) K+ O. e
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    3 B$ Z, X2 n( [: u/ Q' ~
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    2 g2 b1 `2 e1 T; @
24.   if(sockfd>=0)
    / v. R% x$ t- L+ C" Q
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    2 Y' J- q7 V) o0 ]+ g! M' I
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    1 d% R2 \7 I1 @: {, I
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ( ?- Q2 H8 l1 M& n
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ! h3 p1 D1 z, G! T
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
    2 p! k9 u4 I  U. R# u" t& p
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    * M9 M  s* z3 V. }
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    & o/ U/ F. m# H# C& t
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++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    % C* U1 m( k! H, ^& N6 Z" c5 D
44. 
    
45.   while(1){
    7 q. G' z1 `7 u! d" Q( i; @
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    / ]' u9 ]. H  c: _6 N" J4 Y
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    - R% q% L" _2 ]- X: w" h
53.         FD_SET(fd,&fds);
    6 o2 [) o( k; b
54. 
    " v3 l& A1 D/ W1 H0 s
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
    9 j5 ?0 _7 y, O/ K: K
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    ( F  B* f0 t0 `" o2 H
57.       continue;
    ; t1 W$ p1 `" M" `& u% R9 F- ?
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
      O8 j4 a3 b. ]: U, F+ n
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    
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
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    6 h9 \0 f7 Z* \. I) n) H
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){
    % b$ G6 O5 x) Y3 u, ~" T
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : n/ ?4 n0 H4 {0 i  l
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    - y. H$ Y) L: ^7 g# a
72.              is_connected[fd]=0;
    ! J9 e+ |3 Z/ J+ D) r7 |- g* X+ s
73.              close(fd);
    / g  n4 J6 s( t' X
74.              printf("close connected\n");
      B% l: ]5 m; w8 s) S0 y
75.           }
    
76.         }
    ( {9 j5 _" x3 j/ b
77.       }
    
78.     }
    8 q' A, N( y) t  P
79.   }
    
80. }

复制代码