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）

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
4 a0 Y3 a% W) T$ @8 L

       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）

; q0 M+ g* `9 a7 O$ S: h

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）

. C) r3 Y" o. S/ R0 t' Q4 l
) i) x) Z* r6 c8 a. l4 t+ ]2 j

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。

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>
   - j; y* h+ N$ x5 {
2. 
   7 X/ A6 F: f/ A# E
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。

: e$ _: p- H4 c9 ^1 d1 R& A$ D2 o    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)

1 d  I6 C' @9 Q7 f: B. P; n/ h    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：
9 Y% H$ Y+ Q! M9 o

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）
     E" D2 m- b  |7 R8 p
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. 
   8 Y" t; M) F; R" N+ K5 F
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。

9 ~5 K  F8 U1 U  k/ n   
0 |8 N0 C9 j6 W, @% ?. `3 j

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.    
   : J" H- j2 V, _
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   7 y( s( {3 m; t: N! }) |, W- n0 }
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   - q; j1 J0 ?8 U$ {- [' L5 O
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. .....
   % [; l0 \/ w0 p( l  I
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ; y6 h! a" l4 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
   5 M& U: |8 _  f' s' C
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ! a8 i/ K& e$ T8 _% c& Z4 b
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   4 E0 h& N5 E/ V" l
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   / D/ r; d1 E8 B. A* h
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    : A( p* R: n. e  P
11. recv(s,...);
    ( R$ @6 v# M$ @3 J* D
12. }
    
13. //do something here
    ) N( g2 s& w+ I* T/ h& i
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)
   1 W5 M/ E5 }7 |0 P
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
   + v2 z4 L* q$ d' i; }0 |
8. 
   7 R. b1 i* d/ s* |: f
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

$ _0 O0 Q3 g4 ]

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。。。

5 t; @% W% c$ Q% L

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   / Y) d* K8 ~( w: {! ?' `
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! E2 T1 o$ p9 n  |6 C7 K% H3 V- s
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    4 K& V  ]2 M8 m+ |, [: S
12. 
    1 k9 x3 G; ]! ?& P1 C( x3 d
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(){
    : A7 h4 i. I  n6 l( e
17.   int sockfd;
      n" C$ a5 @, a9 Q, @' z4 i
18.   struct sockaddr_in addr;
    9 \. o9 k6 u- ^
19.   char msgbuffer[256];
    7 L& w1 T% T3 d6 @2 }7 X
20.    
    6 J' X7 @- w, M+ [* Z
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    - j6 O/ G' X% Q0 R
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    3 @) v( _9 L  U" D! q: l3 [' g* ~
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    6 w9 ~: |& c0 J4 T6 k
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    / v; l; Y9 W2 [6 d
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    3 i3 |# t& m# c1 B$ _5 N
32.   //向服务器发送请求
    # B0 L. h1 s/ i5 N
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ' _( R* z% X8 e7 U: {
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    " U; m' |5 G) k7 s2 g2 B
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）
    & U3 ]7 D1 f' H3 ^5 ~, @0 z
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    2 ~4 Q( B. O7 O6 q
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    8 N1 t1 z, h* g: Z; b! e
39.   
    7 Q7 n3 Z! k. Y% Y( Z4 W
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
    $ h( n; y1 F9 @
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : _& Q. u) \; x0 T8 b
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    2 `. l* L* G3 k4 X8 m: T1 d4 \4 c
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    , w( U  d, b' ]& F# c' D, Z, r0 e
46.    
    ; y. e, L9 a7 V
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    " g) ]9 ~# ?6 a% o0 h% s4 X- S& Y. V
51.     usleep(500000);
    ' n0 @% m# u" }. z) c2 p; z2 x2 A
52.   }
    $ ?9 T. g+ g7 G
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   8 ^. n' s9 d5 j  V. Z: R* j
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ! _8 K. }) t$ Y- J% _' C+ y
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   & D: L8 ~- T) L9 J) E+ B: z( ^
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   , B$ Y4 A# }' [9 ~& ]4 I# m! M
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
    9 \  }5 i& o: M% q
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    8 B- o& z/ g9 }! F$ e
16.   struct sockaddr_in addr;
    1 b. t0 C# Q; P
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    # P5 x; F* e' k  F7 G+ X
18.   char msgbuffer[256];
    % r5 w! N. [0 v
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    " \: M* v1 d9 j8 ]6 g! [
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ; \) D& l( n. \$ U- ?
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( P/ i3 j9 R9 t3 ?' F. ?4 l0 b
26. 
    * t0 K, Z7 u* z1 n8 G& P: Q8 z% g
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    6 z6 G3 e8 e3 k6 K! |& ~0 v
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    # d/ x0 k6 S$ i2 O5 g5 q' b
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
    & [& W' o2 V$ A  i6 h
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    / Q6 E, l: V' U
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    3 N4 v6 D  T- g" b' T" ^5 K" e$ ]
36. 
    2 R( @3 k4 F: U1 r- O
37.   //开启端口监听
    ( P- g1 l- h/ S) W; m% t! a6 J
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    4 g0 B) `& v$ l, y- P4 ]: k2 Y$ r/ E- @& R
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    8 Z' r2 b  W# ^* z
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    # _+ z5 {( ^. O
43.     is_connected[fd]=0;
    + D7 P% u6 D! Y
44. 
    ( A1 e: u2 m% U$ I8 \0 j; A
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    4 x: @3 c& G/ j7 `; X
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    : a  g& E+ C& E1 e$ A
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);
    
54. 
    
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
    + o8 @7 J2 n5 w  I/ j0 u2 C
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    $ x/ a( o; ^6 t# y5 @
57.       continue;
    
58. 
    ' ]0 h/ p: s3 j/ n- N8 V
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    9 V4 e0 \$ g5 |; b2 b
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    7 _% s5 D2 k1 \: l& E
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);
    7 ~$ k. \; w2 I# m7 D# r' C7 X$ B0 v
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    . R, w7 t) p0 p. ?. X  `: K
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));
    
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);
    ; T$ d% y/ u" l& k! ~
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    2 U; Y- z0 F3 X" a; [6 @
74.              printf("close connected\n");
    # C# [6 J" V# _% ?
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    - ?2 L, Z" _" q1 `! c
79.   }
    4 ^1 @8 P( m. B/ R$ a+ o
80. }

复制代码