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

* J2 n- h0 R5 p+ F: a

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。
/ Q+ E" P! |' N3 o$ U) t

     "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

       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

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）

. o- E% F3 q/ l9 s  H2 r- j, T
( u4 E" }6 a& m8 M

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 u: [3 y( {7 r5 \# M8 o5 _

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。

' _9 [8 R( O2 e, l6 d5 y! d8 W) z
9 U4 `. Q2 P9 l5 G, }

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>
   % ^, X8 ]: \! R% }) }
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

, P2 X1 ?, r: S# f3 A' ]& R    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)

5 z5 K3 |8 c; w- W& d  i    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：
; T+ C/ ~2 Z/ z1 k

3 J) C& P$ o  x& d7 j

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）
   , w9 t  F3 z  j4 @# T! ]
2. 
   9 z  b- z0 i9 o! K1 {3 ]
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. 
   8 s9 p$ J/ l. N/ _9 A$ ?9 p* T* f% q
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。
/ p8 |! K9 q  p. r
   

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.    
   * x0 o% X7 l' a, d  i5 `: p
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   % A2 E! e% W& a5 ^
4. 
     F( m$ M. H/ F) V8 V: i# s
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   0 g1 u$ t1 _" C9 y# H9 O
4. while(1){
   
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
   
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,
   1 v% G  i: N6 ?2 y( o7 ?
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   2 o& f! f% M2 M. m/ r) X
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    " k; `6 j% Q& j9 `
11. recv(s,...);
    
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。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ' j4 e2 K# F* i6 D. k3 m: R
4. 
   # o, M/ h& J0 x! V+ e' X! e! ?
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   6 F5 ?- ^: \* o/ @6 ^7 j5 w
6. 
   6 f: ?! @' H5 p
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
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

7 G- W! y7 E5 r
9 Z$ J4 x4 h  ~$ ?# J* z0 a

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。。。
- z" ~9 M" v; |

9 E7 t; ?; D: j1 o  K

客户端：

1. #include <time.h>
   % B, ~( X4 _1 f8 \6 ]+ X: F# A% n
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   5 E' L  m; k( c2 N
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   * G  h7 Y! c* D; ]7 M! p
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   $ g  D2 i% _4 n# H( f* `
9. #include <sys/stat.h>
   7 k6 K( s8 D, z3 B6 d# C% `3 F
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    : H/ P& |0 f; e: b
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    - d) p9 E6 @) J% \
16. int main(){
    5 t$ c+ y0 b3 S0 O
17.   int sockfd;
    3 s& v$ P9 Y, s" \
18.   struct sockaddr_in addr;
    4 F! A! P0 N$ P* m
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    2 Z. F9 r% |* x
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ) X: L9 z. x/ m+ T
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    , k: S! [" C% X4 m2 P1 I9 f
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
      f1 _; K" I/ s8 x
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    0 r; ]9 z- a7 }1 Y  @' X1 ~) C  d
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    ( X0 s) v$ V0 g3 I% L8 o8 [
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    . U! e  v1 @8 o8 q8 D0 Z! m8 y
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）
    3 d# T0 W  E( m# a/ v$ ~! w
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    4 Q, q3 p& r) v
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    5 [7 p* I( Y6 E
39.   
      P% `7 t! M( e
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
    + ]" h" U  Q: K
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
      J$ n1 t7 C1 c3 G
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    6 P7 i9 M' F5 s( i  f
45.       perror("ERROR");
    & K4 `) T/ i4 w, \  Y6 T% ~
46.    
    2 O3 m- E. R  z9 B! q7 W6 H- C
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 h9 u+ B: ~/ L; F( R
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ) J# ^; z7 [% q  _
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    " n5 @% n: O4 _: `' u7 a4 h
52.   }
    
53. }

复制代码

, S% k; A6 U$ q& M7 A* m

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ! H6 q5 P: Y8 t! `/ o- B5 P
3. #include <stdlib.h>
   : d! k8 H+ Q6 i2 x" N; K1 u: L3 |
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   7 n" Z. i4 p; O) Z0 R$ t+ G
8. #include <sys/types.h>
   " G9 S& \% J8 C% v; ]0 Q
9. #include <sys/socket.h>
   ) p* S  F# [. A9 A2 p
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    - n! n( r& g; d/ L: R$ l) @( j
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    9 A# y9 v% E5 z, o9 c
13. 
    5 k  u; d/ }; y/ X
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    / M- P8 }) D( Q  U
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    % D8 G4 Z: s$ h" Y+ F* }
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    2 R" o) o8 _9 U* H3 c# v
21.    
    ( L/ _! _+ s4 {  [; @* D
22.   //创建套接字
    1 r( _8 J+ A2 p4 A5 p) f; z
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    % [2 T9 d$ ~0 X8 e/ n: |, ]# T5 ?
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    & g( D& w* N  O- [, V* z. z
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    2 {8 @+ a  l9 Y4 l8 e
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ( Z% p; \8 ], k# Y) M* d+ f* `
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.    
    + J) r9 P9 s5 u+ B. {, C. r
33.   //将套接字于端口号绑定
    ; r. U- J/ Q7 U) }4 j$ T
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ) S6 ?- S; N9 g& O! u1 U
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    7 Y6 h! r- Y) P" U: O. z
36. 
    " Y- I) B+ i# q( t
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    7 V  i! V! E" d1 G4 F& O* q
40. 
    7 w& z0 {; ^  ?, b
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    . e0 e8 O; }8 B& Y+ N
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    4 Y' [+ K/ x9 m- J- N$ F
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    3 Y  |& T; p. u2 M
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ! T' E& {/ D8 o& j7 J; E
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    & \/ n# O7 q! i4 I. `
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    2 d9 @5 ~4 x: f$ L2 U: ]
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
    7 Z1 f+ X$ @  g
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    * q) \5 _+ ^+ f0 R9 l
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    + M; {% \+ H* A1 s
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
    3 K# G: o  M3 L* G: j. t
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) m- _* Q; t+ d# d% [" p
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    - X4 q4 g. V4 Z. q% B
72.              is_connected[fd]=0;
    5 T9 d$ x; q4 t: T- r6 W8 u
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    9 N( [$ q7 R! G3 d  l" ?
80. }

复制代码

  x6 t7 M$ ?! J7 Y* v5 y: F
! V% T9 i- E9 |5 u0 Y' _! X


  {% T' l, I! p3 V# m" D