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

& a/ C$ x" u/ R: t6 M

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）
1 [0 j2 p5 d8 W7 Z8 b6 w

1 P. Z0 ]9 t0 T" x" L5 W) N% \

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

1 x6 ^' i0 y. T* F
( z; F5 D& i- {- U2 g  A% G6 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）

3 }' t) _/ A) C  K; V
5 _4 k! ^' b# e

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）

. E+ O0 G) K5 w  R' u, J4 G8 X
9 H; |' W. c' z5 b( `4 c

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。

1 i# }5 S1 `+ k  Q( V8 s- 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>
   2 B+ x  B2 n( Z9 y
2. 
   ) T* h( }% S* W
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

# T7 @9 _8 h: n    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)

    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。
) O. X  Z' J# A& W/ L. Q- _
8 S/ R9 ]+ g4 s$ c* D: @% n# [+ z, N    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：

( v+ J0 F1 [# x$ ?; D

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. 
     b$ x# Q# B$ }  }# Q
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）
   3 ~5 t+ B9 W! N& c1 ]/ M( K! U
4. 
   
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。

   
5 }' ?+ x* b$ k9 t

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
   5 r7 h) q$ B( N& z6 ~9 ]0 w( W) \
2.    
   / D# m1 T) w- [9 D7 z1 D: H! f# i
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
     o/ L. r5 X. k; O6 h
4. 
   ! K7 J  B2 ~$ u% R! f
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   / {9 C  `* v: q$ F1 H
6. 
   # i  l+ m. x8 n1 e3 W' C1 G9 _/ X
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. .....
   % r! O1 Q8 A' ?# r4 P
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   , s1 j9 ~; b  V7 |0 |
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ( k) u# i# z3 a- x- Y
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,
   % i9 H& t9 S' Y
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
   / P/ J7 o: P! s4 o5 l+ ]! C7 }
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    2 @% u6 }. ?- D% D8 J* E
12. }
    3 V) X/ _$ D0 y
13. //do something here
    6 {: b7 \- {1 C" Z/ c
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 U) \, S7 @2 }
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. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   5 K* d4 }; D% ]
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：

8 G" V+ K) `' w    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$ H# a6 Y2 w$ W) W3 i6 {% O

; B! U) Y& i2 e4 }+ q8 E

客户端：

1. #include <time.h>
   8 [' w1 B5 m7 W/ }% K. O
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   $ c- }% ?- a1 l5 G+ n
4. #include <string.h>
   " T) O* V! Y( b& s( f% k; A" `* q
5. #include <unistd.h>
   $ e/ m. z8 H0 v! ^
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   3 L$ e% v5 v( O+ _
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    $ X* S( ^8 x' j9 a
11. #include <sys/socket.h>
      I# [& i$ `; g
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / X3 O8 O3 K$ Z" t
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    # t! V0 B& D- J1 b
18.   struct sockaddr_in addr;
    & c0 ]: i' [1 P  P
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    ! n$ Z1 P7 \' z5 T
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    9 p9 i! a. C0 D! T
23.   if(sockfd>=0)
    5 P3 _, b" @5 R! }  H, ]
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
    ' R& {8 h5 y& n, W1 R+ a$ J5 z
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    # }& U- Y! S& [6 C
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    : o% n4 J; o; T0 q( r) H
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    $ [# I3 X2 r! L  T* [- n/ u& a
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);
    9 b0 _! W% X7 z; ~4 [  Q2 w
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    : O$ W9 ?! [# L1 ?' Q/ I0 Y
39.   
    
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
    7 f, x9 @( b# J& n  x) N0 n
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    ' v, f* H9 L0 b6 s2 B5 Z2 _% C# c3 v2 k* H
46.    
    5 A) e& h' F6 K* H! J5 R1 L: i2 z: t0 r
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    * S% Y# f# K6 u/ g$ L. F9 e  l
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    2 I4 v2 m# {7 n! d, T8 N
52.   }
    # O, O' i+ \9 q# `2 e
53. }

复制代码

" X; V+ J0 O: B4 I' R. D1 Z4 W

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   1 n* y) y9 J/ ^, J* _8 L
4. #include <string.h>
   / k  b" Y2 |7 }
5. #include <unistd.h>
   % y$ I9 N; s+ a4 T1 j
6. #include <arpa/inet.h>
   2 ?! G. Q( |) N
7. #include <netinet/in.h>
   * b. v. Q) N' g) K: T% ~
8. #include <sys/types.h>
   ; y% t7 v, ~. a3 O6 j* t7 s7 T& r
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    - q0 h+ j. u! I7 L8 K0 M7 i
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    + P3 x& ~; a! U- v  x. f+ M
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    . x) l& F, n+ b, U
13. 
    / @2 m- z/ v0 s/ j' O* U
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    ) F* z; d% o0 n4 v2 }
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    6 Y4 G- o% M# x' T
18.   char msgbuffer[256];
    ' r- _/ H8 h- y' V1 n
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    ) h- x3 Q7 g' H
21.    
    
22.   //创建套接字
    & ?! ]0 |( d; @8 l9 b( @2 e9 x3 `
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' x, g7 H4 b" o8 H$ E2 a4 \8 f
26. 
    $ B4 c! @# J* G% T, o& ]
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ' V$ I) |& Z3 P+ c
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    * X# ]3 I& ?+ I) d2 [( f; X
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
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    " z' z" x& p3 ~
36. 
    
37.   //开启端口监听
    + K& O* i" T) u/ k1 O9 V
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
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. 
    
45.   while(1){
    # j. k& S, O3 M5 u: T& B
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    & @4 H8 }: I# d& I, H& s
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
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])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    1 H: [$ r) z3 j, b: `
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
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    / N$ ?( D3 \) p: p7 d$ c8 i: G
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);
    . A* p8 n2 W* ~7 R4 \5 W+ \! K
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
    
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
    . f# h- ]" ]% A7 D. ?2 o
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
      E9 S  U  q% ^, z3 w
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    3 v: @! ~: e, z0 f  ^: V8 Z0 k
71.           }else{
    9 g# ]: K+ ~8 @; r/ c4 o/ p
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    : `: @% m% W/ A2 n! K0 C. _
74.              printf("close connected\n");
    ) @9 z3 ?, k4 e' E6 e3 n
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    4 O3 E/ D" b# f3 O. A; E% a; |
78.     }
    
79.   }
    . _3 d% D4 X2 W: k, ^5 r
80. }

复制代码

& ?- d3 P3 A* K+ f( I

5 n& P+ u1 z: Y8 f' C
* @# B3 g# {6 x, u+ Q
/ v8 Q2 y: w6 y: h5 A# G
; T. h+ M/ I! q; C  k