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

) W- u; ^: U/ N

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）

6 M4 ?1 c7 U, |+ H& [# }( `
6 v& W% [0 N8 O2 D' r

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
+ A# h; d: l: j* }0 z* i7 Y

       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

$ D% ~4 W, v/ O. J
0 G2 J0 ~0 g3 i

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）

) w' Z# Z! O+ i! H/ U* ^

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）

6 X1 o9 n4 I# S* a7 S2 [
3 r' C! S  R$ M9 q$ l% E

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>
   
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。

    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 Y! f4 h$ ?; Q; [    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. ?( G% e4 [5 ]/ w* ^" |+ r: 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）
   
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）
   
4. 
   . f# d$ @% j7 o
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。
- C# L6 |- d+ L3 O- U+ {
   
% j, \6 ^8 e" v7 M4 ]4 |3 w4 g) Z* 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.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   3 p! M0 d" Y  b3 M2 ?2 o
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   , q( ]+ P* A+ b- O& Y6 {7 T
6. 
   * H  n2 {% ~6 k  i- }) b0 F0 z( q
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;
     k5 g: V7 C% ]2 C5 t/ G5 d
4. while(1){
   4 {/ `) G8 ]% e3 Z
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,
   ( g  F* S: s# i7 z% y: ]: M
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   - x6 Y- z5 x7 f4 }0 i2 }! l
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    7 e& v% }, _. R9 `2 u) @
13. //do something here
    6 n/ D2 ?/ i- n' L8 M4 {
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。
   ( @9 c2 q1 Y. k! L9 P# t& O
2. 
   ; o. D: e$ Z4 r; ?7 }: ]* x
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   9 y2 I) ~3 q, {* i0 [
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
   
8. 
   ! Z- ^' S4 X; H% _. Y* G/ B3 _8 N
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

8 u, q  \8 w5 r, Z3 \. j# {8 n+ a6 ?

使用select函数的过程一般是：

; ?2 ?9 v$ S" \    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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   5 l7 l9 T! f7 r) t/ v
2. #include <stdio.h>
   $ u( _. x6 |/ Z6 A+ n
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   & B! o, m$ W& N% b2 X
5. #include <unistd.h>
   - ?3 W; [1 H" T
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    6 i: l# i1 J' B9 }3 J; w% E$ y
11. #include <sys/socket.h>
    8 Z: `7 }5 K, s7 Y. n# n
12. 
    6 a; `! F8 m/ B  @4 \' H
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
      h  D( K5 N0 Z+ y; v# v; M: Q0 ~
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    4 ]& ?; d& s  ]7 P  Z
21.   //创建套接字
    9 J: m1 d. V6 D+ u  Q' w
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    - h+ R- D4 C1 W
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
    & |& M- e; G1 k1 l. r* W& `
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
      R. Z5 @- ^8 @- r( I2 B# h
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    1 |% r0 F8 F: F% }6 ]- }5 }
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    + d% _& M* r1 S
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    9 {  Y2 m4 u4 V4 M2 f. a
34.     printf("connect successfully\n");
    % s( U; R1 O, F6 [# k& h8 L
35.    
    + d, R$ L) b7 }- x8 P+ F
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）
    5 M8 U- ^7 O7 R9 h
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    + |" ~6 a1 }) z! O
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    0 y7 c+ z; p2 u. h5 Z
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    7 R# V$ `- X9 H* Y. E% l" x
51.     usleep(500000);
    ( u/ R. x1 q5 s8 I- d
52.   }
    
53. }

复制代码

; x- V; U+ f9 B6 O
3 B1 y% {6 B$ E

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ( A5 a/ q' _4 L
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ; V4 d7 [) x& W7 V1 C% b
9. #include <sys/socket.h>
   . }2 N9 X! _0 `$ x1 q5 F4 N
10. 
    ) `5 R) L: b9 T: V+ `5 W
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ) Y& j* u0 \7 |( h1 i, e, s* i
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    ! R# K4 b6 ~$ }4 B8 K) ?
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    3 H: ^! A( X  G  p
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    4 W' y, j0 V' @: h$ v- @0 f
21.    
    
22.   //创建套接字
    + A4 k. z: U+ I# G
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    6 R% Z* y; J& q
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    . d+ Z! e, L7 r: q3 c. C1 F
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    . e1 R: A, Q7 s' c- ~2 r
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ! v. k/ Y5 F1 i, L# Y4 {
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 j- D1 x  X8 \  Z
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    % ~6 N- k4 `+ I/ B
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    # G2 k- G  a9 s7 |+ V2 m9 \9 m! Z
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ) O* O) \+ |' d
37.   //开启端口监听
    4 ?% W7 ?2 W& r2 `* U, E4 P' N) v
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    / C$ ~, z9 |& Y7 _' a- r  S6 ~
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    2 A2 H. D  P7 s' d/ x' j1 n2 h  |
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ) O4 U& {9 R0 V, Q# J" q4 d+ D
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    5 u" |' J8 Q( r8 ~; J
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ( E0 m; C1 r! O+ n
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ) l/ }$ ~! j1 P0 i
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])
    * E. i+ E, U2 {' z% Q0 k3 f0 Q/ @9 }) o5 z
53.         FD_SET(fd,&fds);
    . f0 Z4 _' d* y  [; Q$ ?
54. 
    9 d; D) R$ j( d( J# Y
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))
    $ C% @* l. Y9 ~. J! y9 `$ _% @6 h+ a
57.       continue;
    # d4 G% M* _, S' ^
58. 
    * V3 R+ M5 m6 u3 [3 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
    ; l% g/ F7 _3 A: j' i
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    9 ^$ S) R7 X7 G
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);
    ; v- K1 z, \8 L& R' ^7 U3 f
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
    1 ~- P' u" [6 a! m* X: N
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
    6 {8 P5 q: Y7 E; r, L' i
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    3 O  G5 |( v5 F7 w" ^) U1 U3 q
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ' L5 E( f0 X- `& c! J
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    * R; t4 U' P' Z
76.         }
    - c. J) X6 C7 A  ?
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    1 ~* g$ n: B! ~3 {* {
80. }

复制代码

$ d0 |0 y# e9 w% u" a, x( n- z


8 e. T" y& K" d( g7 ^