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

; p" x$ Z3 \8 L9 p; u, p. s

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。
# O0 ?3 `8 r& n$ o! 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）
$ N# P4 x( v( P) t3 }. @  h

: T! B/ r* b* @3 p$ I$ [  P5 l; y

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 L6 t- s5 b9 h

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）

$ d7 l& g- C/ |
0 E' r; D* ~+ Q, W
- e. P" v5 v- \9 s

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。

6 [. u. K; X3 E0 s- G) B7 X' M

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>
   $ [8 ^& Z( S# }! m8 A7 s: z$ 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

& m, d) y+ ?- b6 z    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

8 P3 `% M3 f+ a1 k/ x7 S% v    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。

8 |( P4 F' g# P' z0 l    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：

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. 
   
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）
   + h& V) U. S7 U; Z
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。

   

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. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
     t- Y4 h& f/ T
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;
     i: n) q7 N5 L( ?$ `
2. .....
   $ N, c0 Y. ]/ M$ E! {' u) {8 u: e% Y
3. fd_set set;
   2 E. u3 r" J; z* j0 A" f8 C/ x
4. while(1){
   * L$ o7 {7 D; z5 R6 O+ k" V
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   $ ]3 f* M0 a* l& }% S7 _3 \
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
   & B0 u' f* K+ k8 w: ^# A* N
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
      ]2 C; j7 g( l8 G; S: U; |' r
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    2 `) S" b) ]2 |# g8 S0 h  }
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。
   + @% P9 M' r. ^8 W' C7 x' H
2. 
   ( O, Z% F0 T1 x) ~# M' r
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   5 k$ n* f3 G8 q$ T. {$ N
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   5 t6 E" }% e. O
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   - M' I: n& m$ i) B/ n) a
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：

2 }, x4 j  o9 o  C    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。。。

; a3 E: ?' I' {5 [. P2 W8 h' J

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   + F$ h% H% d3 c. M0 D( t* a
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   $ x8 K# ?, X: o1 A
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   $ M' y9 w9 f7 ^, r' d  _3 Z
8. #include <fcntl.h>
   4 O0 o/ M3 ~- O2 S( O
9. #include <sys/stat.h>
   ; a; E4 D. V1 }7 G4 C/ }
10. #include <sys/types.h>
    ( r8 i( b6 S3 g
11. #include <sys/socket.h>
    7 F" Z2 y- U3 m5 B* R) R5 v: F
12. 
    ; W* U8 k& Q: |2 `- j# F3 W
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    $ D1 L7 ^+ a" q$ `! x
15. 
    
16. int main(){
    ; J3 V  V6 V& r2 v9 x
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    ! y2 q) f7 {" {3 g; n- N+ S; ]* |
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    0 q- B; k$ Y1 y+ W2 W+ L
21.   //创建套接字
    * ?5 A1 L; R9 J% |& ?
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    9 ?7 q$ f- m+ {3 c4 z  a0 m
23.   if(sockfd>=0)
    
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
      F/ B0 ~/ P8 ~' `% q) [9 ?& P
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    3 s/ P. h0 V) O2 z6 `
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    * D( j+ Q$ P9 k0 e! O2 {* P* A
31.   
    / k2 v' _# k9 A$ `& c0 T
32.   //向服务器发送请求
    3 ?* N2 I$ I8 G& S# Y3 C
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    " t1 R4 ]3 N7 C
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）
    % @# y8 [1 _- Z* O& ]! t
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    , G# H% X- O  {* z# B- _
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    9 g: q& g2 X2 s
39.   
    : v5 d9 T9 i5 Q8 j; i) ]  E) ?1 o/ [
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 S3 ?; S7 t, B, d" P* e
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      Z7 M* B6 x& t7 C5 C2 F) S# x
45.       perror("ERROR");
    ; ]$ o9 q9 d7 G: z$ {5 z; ?/ J  v5 b5 I
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # p+ N: T0 p; i% G7 S
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    ! ^. C: }. J7 I& ?
50.    
    : @+ l* G! I. S' ?2 r% e# y
51.     usleep(500000);
    + L, `2 V0 b8 d' c: j
52.   }
    " m" m( [, R- v! V% V2 |0 ^/ q5 f) J
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   , L& i& U8 u$ ?+ \- v2 y5 @
2. #include <stdio.h>
   5 {! v- P' h8 w# Q( u
3. #include <stdlib.h>
   ! W& Y( a8 }' }8 j0 N
4. #include <string.h>
   * q, }9 u! C) `% r5 L0 n8 Y
5. #include <unistd.h>
   5 i1 G" m; i& I8 a: ~: _, J+ L  O" _
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   $ j: t  ^0 Z6 p2 T* w. K
9. #include <sys/socket.h>
   ; n! h, u6 I! t
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    7 r8 }. V' h$ ~6 Z
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    ( C3 {7 l) I; J4 d7 h
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    2 m, B  C) X% b9 _5 G# E: T; s' Y
18.   char msgbuffer[256];
    - B5 P8 t% b3 @0 i6 @
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    # \, [  \) {) \& A
22.   //创建套接字
    7 k- d2 q  Q9 W) E+ U
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! c3 X6 K6 q4 \& n: u
24.   if(sockfd>=0)
    ( ]9 X7 ]. ?. }
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    3 n; |( M% @* ^; _7 I
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ! Y  A0 s9 I2 P& G0 Q$ [- u
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    6 k$ x/ C2 P: s) c
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    $ m# s* \% Z& W( k# u) }# G
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
    4 h/ ?( |4 {0 i2 B9 j" a
32.    
    0 d7 c$ E! l1 m) `
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    5 l5 Q  ?" {$ }: W) C
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    $ L$ Z& H: l, t, j# g4 x
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    / j6 J$ i) z4 i. D! ?' Z+ b
40. 
    , q$ S; u' Z# `- S4 u
41.   //默认所有fd没有被打开
    $ y0 x' D6 _% l: P
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & M5 S8 J; f# \2 o, B- p; x8 n
43.     is_connected[fd]=0;
    9 w& {/ ^) K6 Z3 R* i8 t
44. 
    " O4 `% h! b+ r$ j/ q2 |# D$ J4 m) p
45.   while(1){
    
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
      {: |, z/ N& h7 o1 W
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
      D4 b4 L; X: c; R. ]- R/ c
53.         FD_SET(fd,&fds);
    % R, K+ `* W, V
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))
    ' w; ^( a, U! X
57.       continue;
    
58. 
    , _3 r  j2 E; m9 U" Q
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++){
    - M' }, N+ r4 J' m, {; c; P/ u3 O2 l
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    " B" L* Z6 o$ ]% h* p  `, S
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    0 \( H* L! D7 d; S$ k. o
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
    ; t7 L8 x0 M7 l: W6 {8 D. p2 Q
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
    0 L+ g; d# t0 R8 [# j: R
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    & {' T7 O+ y$ y' P/ @+ W3 l/ Q
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    ; P2 X# }1 J1 \6 c
72.              is_connected[fd]=0;
    ; H* \" ?5 Y! |* \- `
73.              close(fd);
    : k% t: d) ]$ Z! X/ k
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    - g( [5 |# r/ N1 R
76.         }
    6 D8 c: C. o% I
77.       }
    
78.     }
    ! x; f+ z  F7 w$ n' Q
79.   }
    
80. }

复制代码

/ |# I' Y# W; Z. K! T
! `$ y- ^; f+ \4 Y( c
( H% E* B( S; E2 R: O7 V
  b- ^: k+ k& V& s; i4 A& ^! U7 Y- [