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

: T. b) \8 m0 s8 C" Q( ]4 N) @4 F

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）

) x+ \2 X+ g# Z

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
% k. `7 O8 K) }* G9 f0 P; _

       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 E5 a6 [1 a3 P$ G# [2 b

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）

& p4 ~, P; E1 \0 T6 M- y; {3 i/ r6 ~

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）

! f" O1 S* \& U

( A; L8 r0 {/ w. \' A, B

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。

1 ?0 n% f! l8 D5 C7 V9 d

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>
   4 c7 n3 |3 Z1 L9 x, N
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

% y8 ^+ {+ D4 M* y0 H$ O9 j$ P4 Q    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

4 z6 l4 g8 P& a! B6 e% q. l9 p    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

9 U% y. V5 Q# v) k5 l3 Q7 K    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。

; d$ A1 O3 q5 x) Q6 u3 E/ R& I    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：

- I6 d: \4 P  [/ g( 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）
   9 U+ _: w! P# k( m$ u) _' G- t2 S
2. 
   8 ~3 q0 R0 ~7 s  ^2 v
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）
   - h7 ~/ H' q3 O) Y) _. {" @
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。

0 T! }% V* M9 S6 `   
; p1 a6 |0 p" R7 n

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.    
   : O4 [% G5 d8 e# O6 d$ h
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   6 L1 T, k9 ~' a
4. 
   ) v' C9 e* M+ j8 J3 [9 @
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 q0 {2 C. i7 d1 p& e3 N' i$ B
6. 
   - R; Z6 _( T: c2 ]. W' Z& U8 V
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. .....
   7 i. z1 \& ~, a' v* i+ O1 X
3. fd_set set;
   
4. while(1){
     ^% S- ~1 T' ?! {9 Z! K
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
   8 {, m& ~* Y6 {" Y2 H+ W& V3 v
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   3 D& ]$ p% u/ J' _" z
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
   + O2 H% r) [. z! K4 w5 t" o
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    5 x2 d  q! Z3 a+ ?2 `
11. recv(s,...);
    
12. }
    # k! Z( K+ L; r% m* w0 ^
13. //do something here
    # ]* P' M( F# @; Q) G( b
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。
   - j! O5 \  L: o' X! H' K- 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)
   0 q, }, b2 o- g8 b) w, ]  K1 {: E
4. 
   2 F" n5 [8 p0 t' O
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   * L$ R/ T6 a- F; t; d2 v: r7 w
6. 
   9 O0 i5 e4 W  j' V$ B. I. g
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   $ l3 D5 ]' t7 _
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

  R& s; X1 L0 @- _4 Z

使用select函数的过程一般是：

7 [& l8 |  V4 y! L7 |1 A$ d4 F  _    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>
   9 g: v9 G. e* v" V% q' G2 a. q8 F
2. #include <stdio.h>
   ; N4 p4 c' d' J
3. #include <stdlib.h>
   * b+ ^" }( Q0 s4 \
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ) o9 o9 p" s, l3 N, S* c" I; ^
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   % s4 y8 B; N8 ?; n7 b, ~1 C+ W6 c) z
8. #include <fcntl.h>
   ; Z0 t5 X% r: A% Y% w0 @" D
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    ) s, x, K+ J3 J: Q. c6 l$ R
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. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    , E) N+ ?+ O$ H: z& f
19.   char msgbuffer[256];
    ' Q+ z. y, p( @/ l
20.    
    
21.   //创建套接字
    ) e) S; j  [/ l' l2 l! V2 A6 |3 \
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    , C/ `4 d1 T- }, N: X3 U  q
23.   if(sockfd>=0)
    . Z# B( c4 d- t1 Z9 @
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
      P! A4 t- X5 e% u2 C9 ^
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    * B  F5 o# Z& [/ |5 ~
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    : {+ g8 N9 S/ k" K
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    . V: P# g. K! C: g5 I
32.   //向服务器发送请求
    ( e4 W' U# K& Y0 q6 j
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）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    , r) C. L9 O- E
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
    + ^+ a* W  Q$ Q/ ~
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 y& o; R' z3 P: O, I. N7 V
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , |( {) `" T# d! z8 M$ g
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    . t" ]7 q1 t; b, E& G
46.    
    % @9 b! a% _7 Y, u' G& n/ J$ `
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    3 X! a+ h3 R. P6 R$ `
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    7 j7 H3 X$ M2 f% S
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   " l5 k, Y4 m/ L* R
2. #include <stdio.h>
   : }9 B( ~: X' l+ h. i
3. #include <stdlib.h>
   * A; u* Z, Y7 y- w4 _7 R0 h, @
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   7 l+ r3 M1 {8 P
8. #include <sys/types.h>
   7 P1 z, W+ ]* {
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ' k. k; s& X7 P; p
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
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);
    
18.   char msgbuffer[256];
    ) c( o1 H  y/ c
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    - G5 n5 C: A# _2 H0 K  X* a
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & U( j1 }" _5 @7 U' I- X, W: B# z
24.   if(sockfd>=0)
    $ g6 s- `% K9 p3 h, ?. O
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    0 m  ~6 ^" [* G' c4 ~
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    $ J2 S  c& K2 O# B3 \8 n) i% E
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
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
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    ) N" L. u/ b7 U' P
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 D; H; ~5 a! L% B- V. @
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    / s9 x% W$ z% C" S" P6 l1 \
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    * Q2 v0 b# Q+ i4 K* q
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    1 }" t" {, S6 T3 o" V
45.   while(1){
    0 X* ~2 |5 c+ A; o* M; z
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    4 |" {, K, ^$ @
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])
    # i/ z4 I! ]% ~0 T
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    7 Z/ V& m' U$ i6 u
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
    7 ^  M: ?) |8 W3 O% B
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    $ o3 D( H  ~& _) B) R7 ^  l1 n
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++){
      D, T% F& q+ \, @) O
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
      v, a+ T+ G( E' Y, h
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    " n2 v0 S$ h+ |! ]) F
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    0 q) y# {) Q' p' F- f: 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
    
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
    7 F9 [( v2 ^5 n: i7 f2 `
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ( u6 ?# R6 i  [. |' Z8 b( w1 H, Z
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ! `2 g2 P2 T1 [7 w
71.           }else{
    7 i$ {& y! t, z: s5 O
72.              is_connected[fd]=0;
    + B1 }- v" C$ T, Q+ _- t8 T
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    5 e4 z$ T  b2 h; n& h4 T7 k+ W" s' z4 Z
75.           }
    ! P6 v! e& O+ o; \% Z) |/ \
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    . h0 }# H  @' g: F
79.   }
    + U% Q: U1 J6 h2 N6 a6 R
80. }

复制代码

2 r" I; }4 |9 A$ c
( A1 h+ h2 r' Q; e/ J
/ r2 I/ f3 X* ^( N
( J' _0 H! l) V2 N, m( G: I
" o9 Y. q% ^- s0 c" w& J! ^