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。
7 _& `4 W# \" {- M. I# f

     "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）

9 `/ m% i" {8 `& {) B

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

# V" e3 e( \& o

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）

2 Q% f/ r9 ]% P1 M0 K

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 G: m5 \5 S/ l# V% _- ^
& c! _' d; P" r8 E5 g. }
+ A5 Z; @5 `9 V' ?* `2 X* w5 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。

+ `+ \4 R6 L/ A  Q* Y9 g! h1 |1 ]
# u3 X( _. N( [

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

" o; ?, w7 h/ u- ?* Q- e" w$ ]    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

1 k* F3 e+ O+ B, b    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

: G: D7 B7 s2 p" k8 p! G! p    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。

    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：

7 q4 i6 i& c* \

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）
   5 H  [% Q# H7 n2 M2 s+ h4 `
2. 
   8 K8 E9 A7 n0 P: I
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. 
   + z+ \' l  |9 {0 s
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。

   
5 q. U4 L9 C8 U! N9 {* ~, g4 J

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
   0 [3 p! C/ O7 T/ H2 d
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   ) Z7 k6 j' a( W5 v# n: x" z4 M1 |! A- a
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;
   / {! p2 W" I  M  z- Z
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   ( P' U, N+ T/ L3 X' o" {; `, 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
     k5 c5 {; {" Y* r5 o! M6 J
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   ) m, S2 p( O4 B, Y/ [; g
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   : V" D! D' Q- `% h
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
    
11. recv(s,...);
    0 y: Y; W- a) o8 d
12. }
    * H" N( _3 B/ J3 u. }
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。
   0 X2 y0 _# G) N
2. 
     `+ h- U5 z" K, i: g/ A
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
   + @) L: o" s. w  R; a- ^6 }
6. 
   & d, ?: R( U9 W7 e- v! }% Z
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

' i7 `+ ]# b1 R6 K

使用select函数的过程一般是：

. [2 h# w+ p* V7 @% n) s: o1 Y& p    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。。。
! v$ l4 a( x. U

4 P$ c4 A+ Z- e, ]. t

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   , ^& O6 _, y6 ^9 T( i( [8 l" ?% r
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    , W  p' C# l0 N
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. 
    6 `- H" V- P+ g1 D+ H" t; z
16. int main(){
    ) K) c* g! E  o4 H$ o" ~& @
17.   int sockfd;
    / L7 A# w8 Y) ^& S. Z1 p2 r
18.   struct sockaddr_in addr;
    $ Q: @; g4 k: C( ~& a: h& n  [
19.   char msgbuffer[256];
    4 ?" h" D- \" n+ Z
20.    
    
21.   //创建套接字
    . F6 Q+ z/ b: h: N1 W0 l& }
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    # e3 \# G& ?. G! m* m
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ; P# r0 c, Q1 E( x
25. 
    & g% x/ ?' C3 p
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    2 J+ a  y0 r/ p: I. U; [8 d: ?( O# m
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ( s1 F+ a* a" g9 Z. S7 E
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    : v0 D- F; E) P' @" X: ?
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    & m. @# t5 k5 w7 ^( l  h
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
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）
    9 t( {. r. Y: Y' j; O; c! t- \5 H
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    9 y2 x" |% X" H" q
39.   
    * D) j5 {9 V5 b, J; [; I
40.   while(1){
    4 g' s9 A3 a+ `6 a$ t: t
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' m1 d0 C* {! Z- A) R
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    / w6 I8 {% g) ]8 Y: a, C3 ^
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    - p/ \7 \7 d5 u  J0 V& Y+ g) X
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    , P; p: {5 _* t; P8 Q* M7 H, J
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    6 h2 L9 A: t+ M5 F1 ^- o" o
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    7 ?( K: S3 n3 r! C0 b
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   * Y& {2 A7 W, B- b! e
2. #include <stdio.h>
   ! z( u: Y0 G0 A, K2 h4 m, E% |
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   & i, {/ O6 |% l9 v
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ( A$ w% j7 P( b  D) W
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    , u/ X" g3 i: ~0 w# ?) X- C7 Y
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    8 r) ~- |8 k4 Q( `
14. int main(){
    1 A; j  T( ]7 O: D! x8 l
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ) n0 J5 `1 \: A" S: |
20.   fd_set fds;
    ( O* Q/ k& [2 `6 F1 h
21.    
    
22.   //创建套接字
    9 w. \. n- a7 d- P
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    8 ]1 Q: S2 t# F
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ) H% U1 l8 Q& l2 _
26. 
    & H7 |) O9 Q. t& k
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));
    ; e3 R( J, h# w; b) X
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ( N  r+ O4 Z2 M* ^8 B
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 z  v9 o9 W( `+ h: @
32.    
    , L- K% j# M% E& w5 G8 T1 g
33.   //将套接字于端口号绑定
    7 F7 T1 z/ r- d% S1 ~* m
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    # d. A  _" N- k6 n' @  ~- N
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
      P& F0 b$ _7 R6 I* W- S2 _" @) H
36. 
    ( [% z9 I& b% a& i! B9 D
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    / j' X+ A# }4 E, h
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    ) O  b0 x4 q6 q: A* `1 {) u
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ! U4 g' N3 W) E& Y
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    4 O/ A! m4 \+ l( q/ u2 }- y6 g
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.      
    3 @7 y% U" ^! o$ d0 S
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    : b1 D+ U6 a$ @5 N4 A5 X
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
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
    5 z( Q  R$ I% i$ L# E; k
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    7 T( y, I: E7 R7 X, m& ]
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    1 b% S* X* h& a% @9 r# r8 |* |/ X
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    % D1 E" ^% x. |% G
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    + }0 \. j+ l* ~8 ~# c7 o, L* D
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
    : W( O. t9 D* V1 N3 |1 u; s2 X1 {
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){
    ( h: v5 P$ p$ i, }' c' S% C. u; ]
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 y' X5 i  v& Q( h
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    . {: j% g5 J5 ~8 s! f
72.              is_connected[fd]=0;
    - v3 |9 o, S' R% r( x. D
73.              close(fd);
    4 \* S6 a3 G; b/ i* N# ~
74.              printf("close connected\n");
    8 z+ X$ @. Z9 O- b. l0 a
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    ; m- l: I) y8 y2 H! v' H8 G
79.   }
    & s* t& c6 ]2 T
80. }

复制代码

& l2 }& x; G$ `9 I9 w' R$ p
3 W' T5 `" V4 k; Y; v! U
+ `5 d! G- ]1 o$ f" G