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）

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
0 n8 `/ Q0 H& K4 t

       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

2 A6 X" @. ]+ p8 o0 n1 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）

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）

1 c8 E3 |" i/ w5 f; p% `
  i/ r5 p" {' h5 B; j1 [
6 P8 f' J# h; ^, @: v8 q" F" A

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。

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>
   6 \+ p. }; X2 Z2 w8 P
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

6 ?3 K' B5 F, H! h9 ]. t& [# S% R    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

% ?% ~! Y) N" ]( c1 p. l; x    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)

' Y0 \  O! ^. k  ~! L) K; j' m2 q    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。
6 K8 ?. B5 c7 K- 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：
- D6 G$ P8 L0 d6 U) \

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 ^/ ^# \' j4 B- f5 Z! `  V
2. 
   / H% s, y& q4 G* N( e8 Q
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）
   " {; ?, }3 M# L9 R* y# p" {* 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。
5 X% C  Z! f9 }
: w- X) v( I# h   

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
   5 C% o9 l8 D  `- H# u6 B
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   ' Y8 l/ }  w9 V$ H5 P5 I+ K- H
6. 
   9 T6 F$ W5 O- H9 }
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;
   0 r3 S: E$ C" c. I- T+ l  o; O
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
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
   ' D  k7 K; x: O+ \6 G
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   % t9 m2 e5 s* d( j2 a8 h. q+ Y, T
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
   ( h* F. y, ^1 E4 f) S- q. I% j
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    + k$ G8 i4 b! Q$ @6 R' R
12. }
    
13. //do something here
    : @0 I8 I! d9 v& v3 f
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。
   ) K( Y6 M" Y4 R3 g* }
2. 
   2 E3 H. [" X; m: D* H: V
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
   : [% Z8 L; H) q# y
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   : ~5 \: ^3 C# |. h
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

  }: @& m- j0 s7 |
" d- Q: p3 R! u7 i

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。。。

6 e9 ^2 f% k. K! t4 w

客户端：

1. #include <time.h>
   + f+ Q/ c2 c1 I7 j! P. f) @
2. #include <stdio.h>
   ( c; T  O" h* K) m7 O* a0 Z9 m
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   1 j! G" W5 k' `: G" b6 S! y- s
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    $ P3 K* ]5 _. \, o0 [) M& @
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    ; ]* c' ?3 Q. f! Q6 M; |6 z) w
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    * T% b+ E( U6 N3 G3 @+ v9 Y
16. int main(){
    5 Y9 P* ]- Z" q& w
17.   int sockfd;
    # ?3 \8 w8 J8 F- B
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ) ^5 d: n; L# f( B3 P5 P
20.    
    8 u: [' l) A8 |" A- [, ~5 f& s
21.   //创建套接字
    ' A6 D+ |3 V7 Y3 i, A! t# k/ |
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    * U: f/ r0 I0 e% x4 J" `1 _7 j
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ( N  Q7 ^# Z7 x
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    / s. _$ h& i4 Y5 A( ^0 q
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    4 H8 _: X4 ?/ q1 |
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
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);
    ( P/ j! y' v9 Z% |" e! X
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 B; l6 R& M4 X0 _
39.   
    4 Q- ?2 s8 R: V' \! A6 G
40.   while(1){
    9 O9 j. t1 D9 Y
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
    ) D% W; W: w: X0 ^2 b
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    8 n# |2 O) z5 }$ p" t! T3 M
45.       perror("ERROR");
    ) d$ |9 \+ z( L# ^$ {/ z  |
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    / N  H/ j$ q6 @3 i( O  S
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    . q- M0 _2 q4 R- [( H
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    " j- i& n; a# U/ M4 \; A
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

' g2 u8 ^9 w* z% v# |
0 F. Q/ R* ]4 M# y6 C& @

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   2 W) ]6 q8 w( g" N. {3 K2 `. [6 Z5 Q$ U
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ( A( K' c, \1 ?5 z' E
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   + H! h. l! Y- L$ K
9. #include <sys/socket.h>
   ' p1 i: C. u7 [# P+ U' v, W1 @
10. 
    $ t9 y4 o- w: B
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    . M2 V% j; W* s* [
14. int main(){
    * r) B& b6 X, b9 ?3 }. c
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    8 T- N1 E' ]  x6 p: N- q0 j! @7 A
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ' g' c# o, J5 [. [% p6 h' J! D5 g
20.   fd_set fds;
    : I! f- @5 ^' ^2 J/ z
21.    
    7 U: `! t% L" G* k
22.   //创建套接字
    , r& {5 s. j' v" X
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & d2 p8 G. t; q5 s! [
24.   if(sockfd>=0)
    # A! U# U, A' a, G5 Y3 i  i
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    8 Z7 e3 M- q! G! H
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    - E. X/ X! Z) |1 o$ E
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    0 Z0 y. d6 q# G
29.   addr.sin_family=AF_INET;
      c% E; W" P+ ~! K
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
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , l6 Y  k  h) O' }" @
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    % f: I( L9 T( d: u. l
36. 
    0 X$ s5 J  K/ a3 X& x
37.   //开启端口监听
    2 \/ c5 L1 @8 z( C
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    5 B7 F9 N3 w1 j+ {3 W1 g3 m
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    " [- b( h- x" V% N" H. K
44. 
    
45.   while(1){
    3 v+ _/ J- l& }1 d
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    ( i5 ^7 R) w/ t) k1 c  a" [
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    : [  a+ M. L% k: G
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ' r; K8 Z1 Z% M& ^
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    1 w3 R  y. ?( p/ G* i" X+ [- d
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    * p! U0 U9 |# q5 [& R8 t+ p, n/ ?
54. 
    4 a4 K& [: l1 X6 x1 O" }; J
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
    ! a( O: ]/ K7 d+ Q9 B
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    & I" e9 ]! Y9 b+ g2 T9 f9 t
57.       continue;
    
58. 
      d" V# p9 e1 Y3 z
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    9 R% w6 ~0 v0 y  s
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    ; X: S3 k! Z; W# R8 m5 n3 s' q
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
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    5 k# x/ P! D2 J: _* G+ g3 _
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
    6 m/ j# w4 a' g8 B% y) V
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){
    $ P2 I$ \7 a! U
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ' V5 {1 z4 }- U4 @5 o  ~9 \
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    $ B+ V6 j" S% C5 G
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    % P/ @2 Q& K( A- J. m3 G  x( a
78.     }
    9 o* W& \) n# u! w7 h
79.   }
    " J# A$ j' h6 j3 j2 R( y2 q" C9 q
80. }

复制代码

) Y" H  |" v: h2 C' k  Z
* A, z% D' r; a



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