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

5 ]1 Z2 P: B: N! u; ?* y

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）
. a: [; P0 c& f" P2 f/ r" Y

: E" z& V: v8 L, R5 `3 d' `

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

6 I/ y- P, j, u; a3 W. E6 A4 j0 ?

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）

" d( A! Y/ P" m$ u+ H5 Z9 r0 b! {

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 ^: @# M; I: l4 z
2 B6 |- E5 |" \( n) j6 L8 Z' n7 f

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。

0 W* J, W8 L( W0 H3 n+ L

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>
   * v, P( T* P; R) S6 J
2. 
   6 L5 y7 w. m' H4 c$ A
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

* c9 f3 O8 c, y3 `; H    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

6 o+ [6 N; ?; z& d, n) G8 K8 y0 K    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

  E) u' I/ x1 Z) D2 {    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。
4 B# n4 E  ~- a. a* V7 A
; y0 O6 ~. J% J8 U$ h# W    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：

2 u. g7 y3 n/ w4 N

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）
   ( H; ~2 b0 {( G: k
2. 
   - J7 M+ Y6 T( Y# ~& \: h/ K4 E
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. 
   - z8 S+ n/ L% W  d1 z
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
   . c. t3 l  _, K9 B/ R' h
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ( n% @" v9 J/ X" z) r3 u* h
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;
   1 Y# R3 v+ G. ?4 D! D3 O
2. .....
   6 a3 k( l1 P- @
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   9 X+ g7 E0 R7 x) e
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   * Q) v& l9 y" t1 s, S
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
   + d5 @; e/ r7 y6 I" R* J- I1 `& ]
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,
   3 T; w$ [( ?9 s$ {  |- y) L
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
    3 |! Q$ A5 y! f2 J2 N" C
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。
   " `7 C6 D' w* }# r( L* x  l
2. 
   9 j: ^8 [2 F' n& C4 _5 @
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   " w. q1 I! Z. E. n9 b- x. _' _
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   ( r; }- h. p8 D! p2 O4 t
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

) t5 ~5 b8 z$ c$ A6 u4 P, k8 q

使用select函数的过程一般是：

4 y! t  V2 ~! P! i" G. y    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。。。
1 R: X: o* G7 f) w8 t( ]

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   9 j# B; L1 T2 S+ v
3. #include <stdlib.h>
   ) x  z  D4 i3 A5 N) E9 g1 I; K
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   % c0 G7 o3 [* Q1 n" n3 M8 `0 u
10. #include <sys/types.h>
    9 c* I9 ?* {  r- K
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
    
15. 
    ( \% S4 ~* w8 N' y  w8 k3 f
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    # w* Q2 o/ a+ f! m7 d& J
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    6 x# v$ n4 n. G* {
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    * v. D. _1 n) K1 I
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    + f! g) u3 k0 J
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);
    
31.   
    3 g$ ]  Y" o: ?
32.   //向服务器发送请求
    * V& d! H! w2 @% ^
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    4 n1 v. A- s$ B8 P
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）
    + a; P# o# Q  [  s* x" k) C/ W
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 e0 X" x+ h! n( M
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
    2 E+ K# @" K% {6 R
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    & ?1 ^' N7 R% @# r
46.    
    9 k* f8 R: M0 K. A# e, h
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ; y3 y( c1 Z, e+ e1 V' C4 y9 Z
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    - L& Q3 \! i5 B' D1 T' g  [/ u
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

! ]; P  v5 I: a4 z

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   " T3 g) C* k6 Z- v* z8 m& [1 y
3. #include <stdlib.h>
   7 e2 d- W6 f+ Q# K8 b7 R" t
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   % Q5 t+ [# |& B: g7 v
7. #include <netinet/in.h>
   + j7 \: t+ J2 [) r9 E, |8 [
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   " ]0 ~1 E. V+ R" F
10. 
    * Y$ r* K4 K- j! e$ W4 R' b
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    0 s2 L* ?- y1 Q
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    $ r6 E/ n9 e# o# o( x- m0 U
16.   struct sockaddr_in addr;
    " p* _6 P0 M) W3 }  i' v2 X% o% J. T0 F
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    . P( g3 F2 z; C' \4 m
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    & E& S8 [5 C0 }8 _, Q1 z8 p& x+ i
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    9 m9 T# C- ~/ p4 f' }
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    % a, P6 J# b9 L4 K, v
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    6 V7 V5 T. ^, `$ b* j% |1 a( B) v
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 p4 u9 U, Y. }: e, a( I
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    1 l& p3 }. q6 T
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
    ; \* q6 `: R5 e, ~1 h+ B2 m
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
      r$ z1 B& r7 V) }. K4 Z  a
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    7 T. Z) E4 W7 A. r# v. B* I' Z
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    5 [7 M$ \1 g, f
37.   //开启端口监听
    ) |# w3 j8 x9 T0 G/ {$ I. k
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    1 ?9 e- k1 j, W7 t% w# z- g& G
39.     printf("begin listenning...\n");
    , e( `4 Z9 p) n
40. 
    + \' A: }' m4 n0 S8 C" e
41.   //默认所有fd没有被打开
    ; F7 `5 s8 r! F" L8 g$ u- A/ D
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    6 t. T1 f7 F" ^' [- D2 w' b
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
      g4 ~! o5 h+ _
49.      
    ) @& O' o3 G! e% R
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ) Z+ I- v9 Z4 J/ z/ Z- m, }# m
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
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
    3 R! G# p) ~4 I- i9 ?. v$ z" A
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    2 o/ H8 N/ @  N2 p; L- z4 ~8 y
58. 
    : ^8 m0 m: f2 N! K- L
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
      ^; K1 d5 L; |( F, u$ a; Z1 Y
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    + U3 ~9 G0 }: n$ o, g6 k) g6 q
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    - g6 t6 u5 E+ O
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    6 c4 J  \- _) u% k: U3 T$ S( P
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    $ M6 J( Y" A8 I2 u; ~
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ; N8 U0 T: }/ }/ h/ T2 i: h% y; `: r
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));
    , D0 g# A+ O; i3 `" K) w
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
    7 \4 |% k: l  g; b: m
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    4 ?  q, R& a6 @# d8 P, a2 y
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ; k1 ?5 L! Q' K% k
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    * m) P2 Q$ u, q0 g2 J0 F+ f
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

# m: z7 v; d# ~/ y+ M


& e# S9 F+ E; R' \: B: r) h+ i! S$ o1 Q
; \5 P, i. Z: F% B9 D# f* h+ g, v, U