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。
' y2 G5 s3 z" Q6 @3 [5 Y* d

     "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）

" Y8 D, E6 I3 J/ J- Z
1 K5 p5 N0 C& w9 m

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

% k+ ]0 {6 d% x4 A1 z
) r" ^4 O. ?5 v" l

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）

( R1 Y  |6 m* H" I, g6 y/ p

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）

8 ?& |! D9 p+ g7 s) f/ D" ]! G) j
1 Q5 b2 ]) f2 L/ w
% f7 Y) ?2 b. q" a' W" Y5 ?

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。

2 W+ Z. z, Z5 }! ~/ P, c" m" D" b
3 E7 \$ d$ j, ~* p

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>
   - n& _- n6 w7 }7 I. F3 V
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。

5 P" p/ b6 W3 ~+ M    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

. _* d' ^  J" Z9 n4 Q7 K- \- X% M    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)

: H% W, k: X! b& P# C, ~/ ~4 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。

4 Q9 P% I& t1 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：

+ i1 B; X; w3 U" V% U( `. {

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）
   . W0 D! }2 H* k7 [7 d  H
2. 
   " S" H( k4 p2 A4 d8 A. }: t
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. 
   
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。

# Y9 ^( J0 c! u6 h   
0 p' u! ]) O, |0 T0 k

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.    
   " g) O( j# a% J' n( F( h
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   + U' w$ z; [& K; F1 l
4. 
     q) h! B7 u. Y
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   # G; v) P; `( G! S, y
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;
     O6 @: K! l8 E; P
2. .....
   $ ?$ Y! z- C* X" t/ }2 i* h4 o
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   7 R! x& M, H3 I' X' k6 N. ~
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,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   9 q/ r; F1 c$ _$ B% [
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    * F9 j" P4 z* Q; ?
12. }
      J3 y$ b$ y' }' j) L1 n
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 I- f" }; M1 N- ]! V; s( |* I
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
   8 N+ y0 M. P& ~# ?) L# c& u
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   . c3 w& b! `0 j, T1 I6 Q3 ]
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

/ |4 w+ c% y2 X4 G2 m" P
2 O; T& R" X/ H

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 i: e! f  E1 u& y) P. m3 n

9 l  ~+ t5 @2 b/ o+ T* P& u

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   , P' w* @( m/ ~5 v$ b$ f
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    + e' m2 P9 I' B! b
15. 
    ' A' e8 t$ {# o3 G  _7 f
16. int main(){
    - u5 Q) z+ G6 H9 i, G  Y( z8 _
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    7 C5 j6 q" O1 K1 u. C& |1 H8 k: I
21.   //创建套接字
    6 P- F* {3 h7 i8 }0 y
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    % G! \7 n, q; x2 u5 M
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    - S6 W4 t) s. o' p2 y2 d3 m
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    - t9 i$ a! c3 W" I: r
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 v( k9 i; H0 ^: I) w
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    6 M2 M+ X. w3 _  A4 M
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    : e  ]/ d3 u  W& B1 n
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    ' o! W" @( W6 B6 }
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）
    6 ]$ b% Q/ G5 Y& v
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    , @6 L, k9 u% t9 T* s' H6 f
39.   
    / f) }( t$ |1 {  w; O5 l
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
    0 n. V/ W1 `* W
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 l- P. s% P, I: ^! d% H
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    3 y1 Y4 ~+ G4 G2 P
45.       perror("ERROR");
    2 n* U) N& Y6 `% L4 E5 b
46.    
    + |1 o" s5 q' L, V6 s6 w- j4 I8 z" F
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

" L1 v0 e$ V2 e. t# d- O* T
& `  i- e: b/ O( L6 c

服务端：

1. #include <time.h>
   ( w0 H  T* n/ X2 C7 R  ~
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   & `8 B5 c2 p5 g! D1 ^
5. #include <unistd.h>
   3 @3 P) y2 u1 v  B" X
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ) Z5 f- C5 \1 K1 t8 y; z  `
9. #include <sys/socket.h>
   . N: {8 r7 Y* z; t& V
10. 
    / ^3 h, |1 U/ r/ X5 h
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    8 f; w" d5 v+ b7 ^3 n, R1 H$ {; J
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    - E) V2 U5 t! m* B; h4 e
16.   struct sockaddr_in addr;
    $ l1 G: T  p  [9 }( V( b
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    . s1 o5 `. o4 B, A, X6 U4 d
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
      L2 V4 I  n( e2 T  K
24.   if(sockfd>=0)
    ) h- J' V& y" p( n! j, d$ s4 l3 x
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( ~$ v2 t: P& L  B  ?: T" v6 W
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));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 ?, }! `) f4 W. @0 a( H
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    0 P& \8 y9 K9 B+ B& z
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
    6 ^; R& ?0 _+ P8 n
32.    
    / `* Z- ]1 u) Q& e1 z7 O
33.   //将套接字于端口号绑定
    - Q* Z' `7 A" W" _% C# U/ }9 r/ P
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 p* p4 I6 ^/ p1 Q* _
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ' A2 w& R  |/ _3 B& r
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    . ?. d( M5 l& O
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ( T5 @, A! {/ M6 T" d( |) t! N
43.     is_connected[fd]=0;
    ' @" y( S2 n3 y" t
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    3 I7 @, u- s! H$ w5 I- M
47.     FD_ZERO(&fds);
    & @5 q' E6 ^" Y* a2 F
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])
    - K7 [) y1 n8 e% G2 A
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ( y9 ?- {( l) K$ O0 b
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))
    1 z: L. o$ a" u8 \! e+ |3 Z& a' M
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
    5 m' s& Y' O" K3 r% Z' V$ W
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    % |0 n! S* S6 @6 M( E/ W
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    / a- N+ }: E/ w/ L" `7 v
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    % V; Q5 R" |5 v) ~6 G9 I- `
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
    * n0 [/ X& J) B
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    2 d& |* m3 e6 U" |6 z  l, X
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){
    4 l4 {; P' ?1 Z& M' N
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ! m/ m% [" U7 U) B+ N. ~' X( s
73.              close(fd);
    ; k4 J* F/ a. |# G/ B
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    5 H$ T9 Z! _4 V' [
76.         }
    : @9 q2 z: z& E/ d( W1 }3 m
77.       }
    5 @2 f1 C9 q7 y7 R% Q
78.     }
    5 j" |' ~! H, n- Q
79.   }
    
80. }

复制代码

% v. X' F8 z  i" ]+ X
# k. V1 @/ }7 P/ N$ y9 k
% B: m8 {, V/ A- t
9 I; [% Y: X0 x# c8 T+ i