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。
8 K9 N8 w; @; |( |

     "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 G5 a3 T; m3 b

' J6 B- b" G& L7 [: q6 J/ B, h

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

/ p3 o8 }) v1 @$ _1 S4 G
% U3 l8 q& S; @( R1 H0 H5 t

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）

% v3 L! p0 a( b- x! \; p

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。

; k. w- Y( S1 r9 h: J

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

, o0 F6 M( J& i" i! T) C$ G    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

0 H7 o2 h2 c# f4 E7 i: b* J    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

: E2 T' a$ X' N) l  i: }    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。

% ?2 N4 d9 T9 o* K    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：
0 @  p; t2 j7 C, J; E

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. 
   5 ]$ H) P' A  b0 z5 W
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）
   - }+ ?/ B7 j5 Y# k* E
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。

( {/ b+ M' X7 h2 Z& k. r% }   
! l3 s8 {: A! _1 l6 ^: h6 S8 ]

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.    
   " J4 |! J# g1 b; k$ X% H' V+ n& t6 N
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   7 Q/ D. x2 q2 ?$ g1 C" {
4. 
   $ ]% W- g: y1 h9 o/ F, S% d" `
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
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;
   
2. .....
   
3. fd_set set;
   1 N9 w3 X) c4 i2 r# U4 k
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   8 h+ N! u5 s% E
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
   . I, z; y. z4 F1 X* o
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   5 E' ~& X1 E' O7 `& b5 z
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   5 j( S  ~& c+ s; b' T% [2 D
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
    - v' h; U5 N; l+ }; c
11. recv(s,...);
    
12. }
    * |5 P: z+ K3 ?4 X3 z1 Q
13. //do something here
    0 P4 Z8 [) D2 l0 M. E8 k
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。
   
2. 
   + m9 G! j# I* K  a
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ' h. i$ X. z" ~+ E
4. 
   7 E3 H3 O. o8 z! W$ w) [: M5 Y
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. 
   : g" |5 P. Y; s# N# Z0 w
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

, J8 b. N$ f9 Z& C7 d" q  g

使用select函数的过程一般是：

+ h7 M! X" N  J6 g: M    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>
   
2. #include <stdio.h>
   , g& M1 ]2 m. E- X$ b
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ' z* E9 b0 F! A
8. #include <fcntl.h>
   * ~% ]9 B4 t2 @+ c! F0 o5 n8 I
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    - R/ Q# d6 ?$ _
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / t# d1 T8 q5 @
15. 
    
16. int main(){
    - L, \  g9 Y; m0 C0 x
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    4 y8 [6 K  Z; P- t
19.   char msgbuffer[256];
    " Y7 u* f7 R: Q# r% p. Z1 x
20.    
    , J# i, S# Y: Z+ V2 I0 l
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    3 _$ n3 p& R- Y9 U7 \$ O; x
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 `& O% {' S, S) ]. e
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ( P- D$ X1 k+ f
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    + L  ?; B/ v; T5 k/ e6 x) s
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    , W& c- D( k9 U( q) H: o- e
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ) M: @# c! k0 D' Q, G! L/ U4 m- e
31.   
    7 G& X4 i4 s9 y) |
32.   //向服务器发送请求
    " i! E+ @: @8 R- u
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    / `/ U2 T* d8 k, ^
35.    
    0 o0 A/ {+ A7 l. [7 F1 G& C( t* M
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）
    ' A7 g7 d8 h1 R- v( j/ U
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    # M4 |9 n% d3 }) N6 J7 t
39.   
    5 y9 v# K$ a! w6 J4 T2 X
40.   while(1){
    # H) _5 v% t$ H6 r0 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
    & d1 m2 q% G$ Q% D+ A
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    0 c, `6 W+ n' D+ B# ]
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    ; f+ c  @0 ?5 y4 _1 g3 K
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    5 U& N* a  b( ?1 f
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    3 S3 P' h+ }  r1 y
53. }

复制代码

4 n0 f3 V" y( @% v# a

服务端：

1. #include <time.h>
   . ^7 P* \: ?4 L7 s7 p9 K8 M
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   & D8 a2 M6 @) k: F0 A' D- x
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ) D; J: ^6 D* _! ^4 S, D7 M
9. #include <sys/socket.h>
   , Z  V4 c3 L: p8 _& P. m. e! X
10. 
    + l  k' E1 J3 ?, H6 S+ ~* @/ r
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    " Q3 J5 h* o  i+ J  e1 ]# _' q& x
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    4 a! d5 s- B  J9 m
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    ! v0 h5 B0 o" U+ u/ Z% P
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
      v& L! \4 M$ f3 o+ K
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    & {$ Q. {; f7 O) @" r8 F
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
      d4 P. j( ?9 E# p/ ~, l  O
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    * Y; e) K3 p, F# `
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    ! W5 W+ U2 R" r! x
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
    : D  U) N! A. x; j2 a2 K& O# o
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    2 u8 h2 k% f# F) Q7 C) Q* T
37.   //开启端口监听
    ! c4 d+ c4 G: u  Y: X
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ! o1 m4 M- `  ^  L
39.     printf("begin listenning...\n");
    8 @. v. _) }" M# q
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    * I) ^* m  h/ {& S0 t
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
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);
    / U7 H1 A& Y& ?2 ~3 W
49.      
    ' W8 {$ n7 J# S
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])
    
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
    # J; B; ?; G9 t8 q) M6 g
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    4 S0 R2 P+ A1 R/ ?" A9 R
57.       continue;
    # n" B, U4 Z; [. W6 ?# U: z
58. 
    4 _4 T; Y8 @! |$ s5 D; X
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    & k8 u- `" x, {" Z3 C
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
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
    " v8 z8 b2 a/ e5 H) {; ~
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
      m* N4 N! S5 G# e
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
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    * \; u* E' I) v+ c
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , M0 A3 {1 O  z+ s; \! B
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    1 I( {& b2 m! Z6 L
71.           }else{
    9 O$ I7 L- g+ d( P8 B
72.              is_connected[fd]=0;
    2 J* U% e& S% p/ W- ]2 q
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    ) Y9 L( p( M( A+ q' E
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

! l! \' L! o% N3 }! M1 Y0 j
& l) B" h* P2 ~; X" y! ^. ~1 v
5 x3 B9 P3 T0 l( D1 m
5 k" |( I8 K6 ?- R- L