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

4 f( T/ u# g1 Z0 E0 b4 d

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。
+ o" P, K  \- i, d

     "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）
, s9 W4 a2 h8 J+ Q8 I% E

5 S: G! y0 _, D

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

       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 b# t( @0 P# y

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）

7 C& ~) k. Y( r5 x7 ~" j  m
* Z9 q9 x3 ~2 @' s9 _$ o

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）

5 {% k: r$ K4 M

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。

2 [7 j% Q6 K8 W$ O) d) 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>
   6 {! P0 D/ L( }1 i' G0 F
2. 
   ( ^; f' {. \+ v* P
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

& i! }- _( q, j7 j( e    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)

- H5 S3 Y3 ^# A8 L    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。

% p6 z  M$ F( L) H. w3 ^) k& B    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：

( x( y6 ?* d8 g

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）
   ; i# H8 J% e! \0 L1 |
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）
     i8 P* U9 B3 P  ]  }2 R1 H3 U
4. 
   ( u  C& g! `9 y5 @( W
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。

& n" c: A4 h. A# ]/ ]5 D7 I   
' j; r% L+ q0 p+ w. u) O. 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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   6 k' E6 \) |* k+ N& P& i* l6 _# i* r
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ( R0 w  M7 y1 x+ Y% F
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. .....
   , L8 D) ~% _" v* E
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   " |7 Z; b; M5 M6 S) J/ N
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
   , l6 s$ i, A0 d% S
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    $ o, l# h# q' W* Z, 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。
   ' y0 }* f+ F; G+ @' \$ }
2. 
   . a9 t! G( M5 v
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   3 K; W) J' `1 ~8 u+ p/ m
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ) U% L" _4 y# f- O
6. 
     b  Z, n, h) T  c# k# f7 P
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   2 M; j( C2 A7 E; o' O7 [; V8 k
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

4 y# E' d" C8 E7 i: c( F

使用select函数的过程一般是：

, O& x. G" e0 i    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。。。
+ C- V8 {" Q0 ^: u/ ]- N& Z7 o

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   4 D$ {. [0 a+ t0 O/ s  {
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   & l; `( P$ D/ }. X7 P0 g1 D' v+ r( v
8. #include <fcntl.h>
   2 N/ r4 b/ }- S
9. #include <sys/stat.h>
   / _/ O' H3 q* s5 d
10. #include <sys/types.h>
    3 z: p) o1 ]- p2 O. |2 R
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    9 p& ^) S$ B& B, {8 c# ~
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;
    1 x- t* U0 b" @" H" i
19.   char msgbuffer[256];
    / R  h$ _8 s% m2 @5 b
20.    
    " e7 Z- a. m7 I* f  D3 ~
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ( f! T7 ]% `( q6 q/ j. }( G  p& {
23.   if(sockfd>=0)
    2 ~8 |9 {& f' Y$ Y/ r
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
      G+ k( V$ I# h6 y- y- m4 I
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
      V  z: f/ u8 Z" f3 W+ u4 a3 @
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    0 j3 @" s( |" K$ w
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
      B- U1 I+ ~# m& z, E
31.   
    5 u+ E1 H' i/ b+ e8 g  t, O
32.   //向服务器发送请求
    ) S9 E: }$ c5 I# ^
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    - S$ h5 v7 ?3 Z9 q$ 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);
    0 s' b6 q3 e7 |
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    $ R) u5 j$ h' S0 {( O$ `9 s
40.   while(1){
    , D# P5 R# \3 [4 E4 H) M
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 o/ }! A0 z+ {6 l! A& e7 ?$ F
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! {5 N) A3 D9 ~
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    2 h4 P0 w# \1 K9 T. C6 D
46.    
    & Y1 Z1 k0 M' u7 L/ J9 O5 M
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : ?5 Z2 I1 e# d( ?
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    4 p. u  n; e9 @' T  z( U
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    8 v7 h: \( Y6 K! a" N# v- ]
51.     usleep(500000);
    8 A! v9 H" T. R3 i4 C; m. c
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   $ Z- T$ \3 Q4 q
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   / T8 a0 }* c0 p: x# D
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! P. ]9 o9 q0 G2 ]0 j
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   & k" h( [" C  R" b4 l* V
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    / O/ `  M4 r& `" D* p+ @8 d
13. 
    / O4 x! q' \/ j& }8 V+ C
14. int main(){
    & _7 g( k0 d6 \* ?7 S, D/ n6 v
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    0 u2 O2 r" W+ `4 Y
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    . ^. l! M: W8 B! Q" k2 q+ y4 z; ?
18.   char msgbuffer[256];
    0 {- U( d9 z2 i: {9 F
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    " @6 a$ B! d& t( F0 B
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " F* d8 @# c1 |2 Q/ |: ^
24.   if(sockfd>=0)
    0 L% ?% |5 T+ ?( P3 ]- N
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    " \# A/ Z8 i1 I- I2 N# S* ?
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    0 F! V' P1 a5 g' ~0 [" i
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
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 D% w: `& V  t1 Y! C& B) H
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    + x1 H# f" ~$ D* }, n
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    0 G7 \: P# b2 @# J% k
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    : x+ M! K4 M0 U. x8 W. m- L
40. 
      K1 n/ k' P! O9 ?) A( Z
41.   //默认所有fd没有被打开
    4 B+ k$ [5 `6 _- a
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    / F1 q( @( a1 T4 _  u, e
47.     FD_ZERO(&fds);
    : s  Q6 n8 e; @' Q/ w3 f! C
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    # n2 z0 _% Y  R9 c( Q, y. G
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    & A4 A# z8 @$ p* Q) K% G! H
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    : j! J/ y; C, a. s; n2 t
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ) k# U! ?4 F* b, w" x' m$ ?, v( z+ h6 x
54. 
    , p) T, z: n1 {. ]6 o7 I
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
    4 c4 n; m5 s: q( T9 y; p* |0 b
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
    ' b; D$ F4 O% |0 d$ |. }9 f
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));
    2 L' r8 ~8 U8 x8 X; ^5 k% f( @
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
    1 P8 {8 c' m4 U, B: ~, A/ @0 N* _
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    * q. f& ]; w. ~5 B, v% K* Q  z) k- G* L
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 q' o, z2 o! ]- z; v$ `% D
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    5 z5 g; l( l0 z' I
71.           }else{
    ( T. v3 _3 [9 U2 g
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    0 j" r* M3 I/ n: O; d4 Q
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    7 l5 O7 m- e+ i2 ?+ M7 W: m
78.     }
    
79.   }
    . W8 f' Y) M: }3 g  \
80. }

复制代码

% d( ~! j) }4 H1 M

% v6 U! d' ]# n) g& W! X$ A7 N3 z
7 s. E, F( M8 H
8 s1 [$ l8 C6 _3 U! a, h! p  u