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。

     "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）
  n( n* m9 t  x+ I) x; \

! A. j" `9 [4 T  \4 H# i

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
5 G) {/ b! E+ B- N" f8 M

       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

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）

9 z& S- g, X1 l* k8 ?1 J
; O. K; z# n) L. l) H

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）

+ O0 [4 t4 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。

8 I' Q7 Z9 l1 W  C5 ]

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

$ {& f( w# m% X! h! {    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

9 s5 \2 q. I5 Y7 z- h2 I$ a    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

! G# k' u: D1 \7 M5 N6 l    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。
* X1 W6 d4 `4 ^' Y" 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：

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. 
   ' I& d: z5 p; D. a% 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）
   - l6 B# f, x7 G- ~
4. 
   + B  i1 O+ k4 W$ ^
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。

   
8 ^$ N, ?" i  G+ v- q

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
   . @0 \. R  h% i
2.    
   7 p! `# o) A2 ]  w
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ; b* x: `* W; h' u+ P
4. 
   
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;
   * [8 U0 t5 u$ q6 F
2. .....
   % F. D6 j. p- c% t, p
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   2 _, |/ l$ b) z+ O" }2 h; }3 A( |
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   * h/ D0 r. q' r. J8 A9 |
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
   & L. _& c+ ~: z* a4 V. _6 H
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   / R5 A- I4 d/ Q7 D
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   + ], k- X! n' r+ H# m3 y
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   ( B! \* G2 m1 n8 m; u
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    + m0 J- f+ }: F1 `
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。
   
2. 
   
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# T4 U0 v1 {  F/ Z
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   4 e# k  f. D! k+ d& }
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   9 v1 I% m! v7 g5 c
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

2 ^' V# P' f1 f- ]* a% u
, ~3 K3 e- h9 m

使用select函数的过程一般是：

    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。。。

+ N9 D) z2 v4 E, b, ?

客户端：

1. #include <time.h>
   6 o9 ^2 w# ~$ [( \' L. l
2. #include <stdio.h>
   ! c, ^) f5 n3 F# y+ P
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ( ~, j) i* g1 |5 s* T
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   & J5 u! p. ~) r" \8 m$ u
7. #include <netinet/in.h>
   1 g% M, `* L% r+ j3 n& H4 N
8. #include <fcntl.h>
   ( u# I1 {5 w; f- v; C6 k; T
9. #include <sys/stat.h>
   1 x1 Z+ }3 p0 o  J9 H. W
10. #include <sys/types.h>
      x  f4 M1 k7 k# ]8 I9 c. W
11. #include <sys/socket.h>
    3 g- ^" ~' Z' c9 `  w" i1 i5 v/ x( q  ^
12. 
    - w, Z: O. w( T6 ^! _
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(){
    : p: b7 h/ D+ R# U
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    1 D5 }) a) g. ~% x- ]
19.   char msgbuffer[256];
    % e; U9 v& x* ]3 R+ u9 f
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    # b' h0 U" X' @/ M1 q. L& _  C
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    * ^9 h: s8 I( r( _3 N: E
25. 
    ! M6 V3 \2 E: @5 n* F! ]) y/ ~7 h
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ( e) T9 i; N: t# q7 j! \5 Z3 @; G
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    6 `6 v6 c' K1 D/ X6 h7 f& }' O
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    9 U8 r1 @. A$ P
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.   
    
40.   while(1){
    * s) f( k  D4 i) |
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));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    8 m6 `. n  g$ c! t
46.    
    0 Z2 Z: s3 T2 K/ r! W
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    : J# M6 s! i2 r/ `9 m
51.     usleep(500000);
    . B5 T0 w$ Z! ]1 L! }  s6 N
52.   }
    
53. }

复制代码

& I* g. q& z. A$ C; X

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   # G# c% [+ |8 C+ \( Z
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   5 V' C2 H; B* j0 |! e
10. 
    3 H' x6 s4 m9 S& Q) H' A8 j
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    4 h+ `, ?! T' Z9 z. R
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    2 Y% N: _# h: D2 E; d, u
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    / {0 t0 ?  s) {% j2 c
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    , c6 v. W9 s2 ]! w# @& Y# j1 q# n  j
21.    
    6 ]! Z2 N5 T2 U2 ~7 a
22.   //创建套接字
    # A% c  W' S$ a
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
    ( L& P) t& A* S' g0 Z$ v# S+ f  e
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    4 i; D! j1 T0 }! r
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    6 i; y* b, \1 {+ s, S8 z( d
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ! G3 M8 w% D+ T! J' D# [3 j
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
    ' D2 T, d+ q7 [+ A5 e
32.    
    - f$ `+ d7 K  }! b
33.   //将套接字于端口号绑定
    % a- }, t" f( z3 L
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    7 j% ^% d" E1 Z; l8 l: ^# K+ [+ n
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    " J$ j$ W5 x7 W: G+ j% L
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    , ^$ e* T  r1 ^  X* M3 T7 r$ M" h
39.     printf("begin listenning...\n");
    : D4 b9 P4 l# q& R
40. 
    ; t$ B+ k' ]' G
41.   //默认所有fd没有被打开
    $ G6 {3 X; b" |* S" m0 e
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    9 n5 }# J/ n, w* l/ u2 b" I7 i
43.     is_connected[fd]=0;
    5 u/ r& I' h3 m# o8 q3 ?' x
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);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    $ A8 z# u% }" e5 s4 ]
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    5 Y9 ]2 Q" P4 c  N. _
53.         FD_SET(fd,&fds);
    " T$ c. S: f& z& l) u1 J  v1 t5 o
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    2 r% ]3 y2 u/ C6 {- }! K
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    ; @* G! t/ V1 s% |! D
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    9 {! x2 N, n2 a  u1 e" J. P
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ; @! O1 i0 U+ w( i9 j7 E
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
    4 R8 e# j+ V, v3 s. j
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){
    % q1 k2 Q' q' z+ K; b, `" c5 p
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    . U9 ^8 n- M% ^( L+ w0 j; y6 e
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    # R* o; y7 W& I: Y- U! s
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    % O' a' c$ f+ W0 C- j9 x1 \/ X
78.     }
    
79.   }
    7 I7 X: z# D0 S# [9 D0 U" l
80. }

复制代码

: L, |5 K( L, C) x2 h! t

+ P, e: ^4 q5 i' [/ J$ r