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

) Y2 W. h* E9 @  M0 f9 F, M- g* G

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。
, T7 n. H( I* v/ D4 ~

     "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
- E! m7 u8 h5 U% L6 V' v

       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

; i- `/ ^6 i' ^- z7 G

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）

4 y3 m+ }  c+ B1 I, V" V% F6 Z) 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）

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>
   
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

    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。

, t- \- d8 j9 E& B0 t& x! Q    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)

$ w2 G5 Z' Q9 I' o$ f    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。

" t; @8 u' i: F    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：
" w, I" S, c4 @* {; Q1 {( {4 {

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）
   9 z$ z3 ^1 k; @5 y9 p- b5 e& B$ @
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. 
   1 V0 L, H3 h! N0 D
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。
! |8 e6 V0 W5 K  D
   
  z# b. a% P' Z+ U) P

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. 
   ! v, R2 H+ G5 C; u& w3 k
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   , @2 O' W  A2 m  i+ W+ @# B9 k
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. .....
   2 H) |& E" q+ ]
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   2 I0 c( U8 L. S, \1 _
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   " @) j4 c7 l, o( b4 f8 t2 U
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
   / E; O" Z* F" P) }" H$ J. N& N4 M0 n& a
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   5 t8 x" K8 {: ^8 F4 x
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
   , n, B1 q# g- R) l, h9 e
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    , ]# i4 a8 r; Y7 _: d4 U
12. }
    
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。
   5 h  S8 ^' s; G
2. 
   
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
   6 }) ]9 j( K) O; j( q" `
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   6 ]& l; @  |7 ~7 }" V
8. 
   2 ~  B/ B9 T+ Q/ V
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

. s0 Q  s2 U& Q* E7 I$ m# m

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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   # b0 R7 m! I% W- j
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   : B3 g9 H: D4 u9 N3 N( _
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   2 s, B& U5 Q+ M& j8 h: e" z
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    # y7 q" h/ a3 {) b
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    - M8 Z! p: m$ A' x+ T
15. 
    9 L; B+ X* x) D
16. int main(){
    / g( S- r9 c/ z( Z1 C" d# D
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    5 [* b4 w8 K" j' A
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    " k8 _' \5 p& c* ~- Z
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
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    : u7 l0 U* X7 G& J' v: x
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    3 Q1 {, V7 M2 p  E7 i0 K; Z, ^
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    2 k' j3 l5 R, L) L
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    * K/ x) E, a8 C
35.    
    ( Q$ [# [* A( x9 r
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);
    $ D& e; l$ y5 Q. }7 k4 g8 v. t
39.   
    
40.   while(1){
    . x, t3 ~. x: a. m4 l% A9 J  x
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));
    3 v: a- e6 J6 A% J- a2 g$ S
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    4 G3 l# ]. j2 u% O' n* k
46.    
    ) w, o* ~7 O7 a  J' v2 u  f" W% _
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    & }6 j( s5 g: }' o- r/ M* u. W
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    4 k. W% T, r) o9 v5 F& v
50.    
    , a% k# D4 l! j: }4 g2 E, a, }
51.     usleep(500000);
    , w% b* N2 D: c% d; x& }# s6 d9 m
52.   }
    
53. }

复制代码

& O) U0 H9 N0 f) v$ ~. d
- E. F3 z9 c6 W' X) ?

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   $ V$ G5 i& i7 G4 c* Y
3. #include <stdlib.h>
   ; Y5 p5 V1 u2 P! R# I* B! c
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>
   5 {" L" s& u1 P& a/ \7 A
10. 
    " `6 d) U# h# D2 ]- i
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    - o' ^- z4 B. ^
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
      v7 i7 o2 S- T: X$ O9 B
14. int main(){
    $ I4 Y  f8 v7 s5 M0 Y% g
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    9 D% c- `2 R& J, B
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    # a) \2 U6 ?: b+ u( {* w& p
20.   fd_set fds;
    # }2 a& ]3 C  ?: {7 p+ [
21.    
    0 B7 J3 q1 p- z" k5 u( A4 ^# {3 Z
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    2 y0 J3 _2 R1 F" R; T* s
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));
    1 |7 U( d7 D! e/ E; F" q6 ?, m
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 e7 I2 C( ]  A& ^
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    2 Z7 Z. O7 ?# b9 T/ \/ B/ w: n
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
    ; L/ T% g+ X. y- t. p! m/ v. f
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    , W  q$ k- v" t' c
41.   //默认所有fd没有被打开
    % k- q. Z7 {1 b& R/ x- ]
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    4 a  Q& ]& y1 g
43.     is_connected[fd]=0;
    " y) L' A" `. z, H
44. 
    
45.   while(1){
    0 V2 E' }( S& R. X1 x; x. C# A
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
    . K8 `( b) @. I0 P* Z, @6 }% v
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    ; {9 ~+ i+ k& h) N8 V4 T
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
    1 `- @* E7 e: Y, N# E/ \
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    0 A3 [) I( E/ J3 a. m: ^2 _
57.       continue;
    
58. 
    ; S+ h8 f9 Y; H4 p1 r" R" A
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++){
    
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
    ) T2 L  O3 J, Q2 L" D, K( Q) z9 B/ f* q' P
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    5 L2 {& |! v) R. H$ p
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
    1 j9 |" N- y% b; n9 _
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    2 M8 y$ p" A# N7 U) M9 p/ 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
    4 d: b0 E  m* W3 Y( |
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    / K' `1 p" _- Z, j# Y/ G
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    * `& m# R/ y, @4 D. \' Z/ _7 t/ h
73.              close(fd);
    / l0 K* j0 m4 y2 |$ t* n8 ~
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ! ]8 y' P5 u2 c7 G5 R
76.         }
    
77.       }
    & m+ n% G5 }% d
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

8 Q. J/ H: R' G' u" K- M5 U- X


) r+ I! N0 U% e0 O

/ x- l- Z( S6 b& [% T  v2 @