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）
) u5 u8 J! ^, H0 C

& w& r% w( J" z! z* Y
: Q( G1 H+ |, a$ l1 k

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
. a1 W( x# `' E( ^8 P& {

       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

, K* p. T- T% j% G9 G
: y6 A% |$ d/ y& _1 g& R, u

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）

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）

& ?! t  M6 p8 A

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>
   % @- _. Q) P* J: s3 x5 V" O& p
2. 
   / R8 o& }% n6 h. s
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。

: t9 D- s- W, `4 b; ~    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。
. F5 k: h3 @$ Q! K: D, ?/ t/ x
$ {, ~0 q! u* M% j2 y$ f2 M    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：

" p3 m! D3 `# \0 B

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. 
   2 N4 {4 s5 }, @$ C0 q9 }3 f; k
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. 
   " y3 R4 i) f8 c) C4 x. s/ r
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。

   
& s- M/ m( o5 Q4 Q

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. 
   # w) C" L6 q8 p2 z/ H  T
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   % N' k  p3 Z9 ~
6. 
   5 F, [/ @2 i1 d' x1 G0 C. G1 j
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. .....
   
3. fd_set set;
   9 U0 \- _; ?$ L$ \% a4 Z
4. while(1){
   / X2 s2 k2 P) H' n1 {
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   " v5 o5 ~( f/ x' k$ y' z$ m
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,
   ( T; Q; C; i3 e: @& i# v1 z6 N3 l0 x
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ; c8 C- r, Z6 ^7 a% ^
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    1 w7 P, D3 M( k- ]
11. recv(s,...);
    ' [# ?5 N4 Y6 P: g* M/ `' k
12. }
    1 @% L/ e. g  X! n3 R# m8 l
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。
   $ y1 g+ L  E  r& W( c% k6 s) ]4 s
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. 
   ! N6 X/ w: r3 J+ F7 W
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   % \7 K4 Z5 d% h8 j$ g7 _* u: ]4 u, L
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   4 E% [1 K* P4 Q
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：

3 K6 m& M- E5 u* h5 H# l  ?$ t1 Q    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。。。

' R: t6 {( T" `! [% n

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   4 V( N* J+ d" }+ D5 L; s+ t
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   0 @% [8 h( l3 i  _
5. #include <unistd.h>
   1 S' \1 d9 E3 v# s: h! V
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    , z) ]& O- J) ], w0 g
12. 
    - s3 q6 r2 f- d. M: H( F
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    4 R. o8 l1 L' ?# x* B8 g; C) [* P2 J
15. 
    $ I4 U; {9 E8 C7 a1 I) T
16. int main(){
    7 N3 J- E$ G# l5 f
17.   int sockfd;
    " B, ?* Z( B7 i7 z' Y/ C
18.   struct sockaddr_in addr;
    % M' s/ E2 n0 v& X- {
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
      u4 q' b. F8 i; x* n1 g
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    . W/ M* t1 H7 h& s$ X/ o/ b* C3 E
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    + t- S& l2 P+ f: s# V4 q2 o# ?
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;
    . D( \: r/ C/ W
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    8 q$ A9 n6 J: z" j9 ]
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");
    
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）
    & G& q1 V8 k7 W. v
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    / F! ~) ?3 Y' Z6 ?5 _# P8 y# ?+ p6 J$ b
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    5 T8 A/ s2 o# [+ a. C4 P1 J
39.   
    8 V* b% Z. S7 P8 Q  `+ j9 A9 A
40.   while(1){
    9 k: R4 m* l: S; H# s  w) F4 W1 z
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
      s) m3 e! w  q$ C
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ r; J3 R# r$ ~- s# v
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    5 q4 n6 T6 I1 E4 R% g
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    1 |# n& d% r' Q9 Z
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 y* a, k& l4 s* N, f, y. ?) J
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    1 F& F0 E; R) B$ z+ f% I0 }2 r
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ) Z. t7 ]+ f  u  l$ q) O1 ?
50.    
    9 G! [; c' H+ T7 S; ~  H
51.     usleep(500000);
    6 l) X/ s" |( L- z7 @
52.   }
    
53. }

复制代码

$ e6 `  ?5 ]% ]9 ^. R

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ' x* i  }% M8 e  x8 O
3. #include <stdlib.h>
   0 Q) g) w: y3 J% z2 f$ z
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ; x5 @1 E& F0 T+ i1 X
7. #include <netinet/in.h>
   & t7 Y0 j5 B8 u4 y0 Y9 F/ T8 y6 f
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    - ?) F, {2 n" w, L; S# z
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    9 a9 B4 Y# x0 D$ j/ o7 b& b$ c
13. 
    
14. int main(){
    , [; ]5 K6 A3 V# W6 X/ ^0 c
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    - J. d) g: e& s5 J9 e6 Q" m7 [
16.   struct sockaddr_in addr;
    ( ]8 b: ~. x8 c0 K) _# I
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    1 P5 m8 ?3 i" O& L6 i0 C
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    # `1 [; D! ]( q
22.   //创建套接字
    0 n& h; X5 E$ V# w! \
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    ' x. u$ b; x) D
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    - a# |, H; J7 j' ~) F; `2 i
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));
    
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
    5 E! z5 p5 e5 R5 v: U) s( O
32.    
    ) }/ \* U$ a; }- v) }
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , i3 h! N4 G" i, C9 u
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    ) t7 x1 {, k; x3 G9 ~8 X4 O. @2 e
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    % a  D6 `! B; [9 f% t' W1 `$ ?8 I
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    3 c8 S  R$ p& `/ M/ w
45.   while(1){
    / U. p2 i, O* T0 G5 O" O0 u4 g
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' T0 w, x% C' K4 S& B
47.     FD_ZERO(&fds);
    + b- y4 q/ x7 G6 q. L9 h' ]+ [
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    $ W( X; s7 E' |
49.      
    
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])
    6 k' B1 `' y% R  q8 |
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 }3 J5 V1 P. Y4 n
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
    2 L. G% j5 o, v- p: o& |+ ^
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
    
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
    ' U* D7 G8 q" ]- H7 W
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
    ! v  G: e/ f3 O' K3 S0 r9 y
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){
    " Z  m" D; W( u* W
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    5 N+ ^8 r9 V9 u
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ! @9 N" J& L# a. X8 b+ [5 L
71.           }else{
    + ^$ @+ ?: n! i1 h3 H8 g: i
72.              is_connected[fd]=0;
    4 R# }' v7 Z) q! [7 h! M
73.              close(fd);
    + W8 E! k' r, {: K; Q* B( P
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ' x$ S9 X- C# y9 K8 ~6 J5 e
76.         }
    
77.       }
    / g: U: r$ t; f/ T$ H
78.     }
    
79.   }
    ( I; X3 J% V9 x
80. }

复制代码

) m; H0 s: q8 W' v/ _8 C& m! {# f
  l7 M. `7 w0 S7 |7 H5 M4 G