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。
8 m7 d& p7 g7 M4 z8 c  c

     "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）

4 e% A4 `% P/ _$ P( d& W6 h5 G  ]8 \

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
  }( \1 h1 e3 D+ P6 c2 R" z5 j7 H

       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

4 y& p* }( ?7 k0 h. ?; ?
0 ^3 n6 @+ B: X( K2 M. W

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）

; d8 g* [) h9 Q" _9 k3 c
# \; Z, q0 C  d' A3 q0 V$ r% J

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）

0 P9 P6 Y  \# W2 k* y7 R
: f$ a2 z7 ~- I$ q) _0 P

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。

0 A. k" q7 G& n1 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>
   , t/ M* B! o. }& Z
2. 
   2 P8 S7 H( Q5 ?; }9 u& @+ 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

' k: u1 B) K$ b! q' u    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

# x  c6 ^9 f+ b' C9 |    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)

" u% {; @# Z3 ~5 b  {    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）
   
2. 
   / ^4 e) V9 F( E% u9 A) u. d" {
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）
   1 J  G/ n% p! N/ Y' b# c
4. 
   + n4 v7 i2 o% t# P6 G1 p0 |
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。

   

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
   / J; O$ ^3 x6 k3 B
2.    
   1 y4 G2 Q/ l9 _( V9 S% M( f3 g
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
     J2 C( Q0 |' T5 }
4. 
   " Y$ v% O6 _3 T+ G
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;
   ( T2 H$ B+ q& e
2. .....
   
3. fd_set set;
     W8 Q% P1 F& u) i
4. while(1){
   2 y6 F+ p# j  I- I2 O
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
   ; \) H' K5 N: ~4 p, p4 o' g
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,
   & ?7 ~: y0 H5 o$ [
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
    4 K& b. k/ Y* P0 [; y; O; y
11. recv(s,...);
    / v, d' q, Z* P' K* r
12. }
    " P. V0 |, w: k) F4 v# i
13. //do something here
    
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。
   4 T3 [- E6 x- ]$ b) M
2. 
   0 ~! t2 @  Q& ?
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
   " H% J2 P0 P+ E- ~$ [, u1 Q- _6 _
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   : u6 {  r3 m$ T* 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

2 z8 ?0 k& d) g; Y/ I2 H3 c: a: X

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。。。
0 L& f8 F8 F; y4 s

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ( E8 N2 Z8 z" S" e& w6 D2 T
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
     C& N, n8 d+ v  [& R3 N
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ! P" G! i6 D7 A% D6 s6 l
10. #include <sys/types.h>
    ( t( C8 {+ D2 C+ y4 u* e+ K% G
11. #include <sys/socket.h>
    0 ^) E# P2 f! {) O" u1 u. d
12. 
    2 @2 B, Z* b$ M5 h' e! I
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    . }; N' m% C# ^$ H, X6 Y7 R* c
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    % C- a, U" y% B( S7 D5 k  n. x' a, G" X
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    : G1 E+ a, l1 x9 t- _/ L
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    8 d+ F7 O1 }* j9 a6 a3 \
20.    
    8 I7 L* @- i: ^
21.   //创建套接字
    # `, A+ c! V: n- E
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    * {" K" E3 s, q' K" _2 C$ N1 `
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    * W+ `3 [9 m9 k4 Y0 R# P5 T& I
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    # D9 F4 {: h! h% d
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    : _# c( \# ]" {% `& x$ {: ~* t
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    & |9 ~1 v: C2 D& f6 o
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
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);
    , x5 H! ?2 P: [  [! c- w
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    ( P" R* x7 W0 k' x0 ^* e
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
    & I9 _! ?0 o# H3 I5 U6 D) K! h
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " u( q7 k# y% m$ _/ ~9 d( V8 m! j
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    9 J3 m9 T# Y- o+ l! O8 `
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    * H0 U9 \2 V' Z! n
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
      |8 `2 ~: N9 k" x
50.    
    9 s; c& u7 A1 x- C' T8 h. K
51.     usleep(500000);
    ) I1 a- _" r9 l0 ]
52.   }
    1 _6 s; n+ k0 z' E
53. }

复制代码

, Q3 @& p4 ]9 W3 [8 {
- j6 {& A+ k9 ?

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   1 R: d5 J% [# V% x6 {' K5 p0 U
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   7 K+ s! Q3 m, s0 p7 T2 X$ {7 F
10. 
    0 |' y4 o' b5 _% ]* c5 d/ l
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(){
    2 W$ e- ?% q. D. o
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    2 A' ?& R6 B) P( D3 w
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    6 ^$ N2 |6 _. Z8 z, |! r2 z
21.    
    ) M2 I. r6 B, N1 T8 E6 X: j" S
22.   //创建套接字
    / a% ]/ J. T1 G
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      q4 _6 W# l6 P9 e
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));
    * L1 E) `7 |2 j- D% Q3 x+ W! o
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    - R/ J9 ?8 y9 E; W) ^- G2 y
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ) X0 W8 r5 ]; W1 P9 y
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
    % j1 d0 u( u. L  _' v. y0 s
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    ; w: _- \3 H  v0 ^5 d4 g
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    * [/ O: q/ O- s: |% l+ p7 Q- Q) y& c, Q
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    2 [* f1 Z4 T( d9 a2 D  Z; _# t
41.   //默认所有fd没有被打开
    4 I5 _9 [& A( D3 B! O( I
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
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    # v( I3 d- t% V; A& ]( d4 [( @
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
      `1 j$ q+ B6 A& h+ T) m9 C
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])
    9 z' F$ |- _) U& T& \. d' r! l1 L
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ! l3 o) a- p( a
54. 
    " b1 v; c/ z* D' o8 p9 g, c6 o, `
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
    " I7 x2 I* V5 B" c9 j& q
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    $ ], J: l5 z! [6 y6 d. o* @  p  U
57.       continue;
    0 G4 W1 L) ?+ u, a  K, Y
58. 
    + _0 y7 I. J- V9 W
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    % D1 s/ R" V0 c( m0 U
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
    $ C+ L; O- ^8 l# }( {3 [7 V, E
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));
    " z3 X! Z; I0 q4 H5 T% H7 S, N
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
    ) j  N+ R& j  i3 r4 t  g% |
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    + Z1 L( b$ {, I/ X
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - C) v3 Y1 g, [. p$ i- e1 {# o& F
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    6 ~3 s3 C+ f0 t) w# D7 ]+ ]
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ) h! M9 G; J4 H
73.              close(fd);
    + a5 z- s9 e- q( ~, L, j  p- D% D. @2 ^0 _
74.              printf("close connected\n");
    ( g0 Z9 i" W- m0 `5 ]0 l7 l
75.           }
    # \* f' o9 Y) i
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    2 S# j$ z+ k8 ?$ E$ a
80. }

复制代码

# q) F. U( Q2 ^; y: f* j

4 H8 u4 i& |! m# B& E8 {+ y
7 s) S* f' p" \/ Q' m