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。
5 `0 Q* {! @4 Q& f' s) s" `

     "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）

' [6 ?/ S4 _3 L& f) d' x

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

, Q2 K5 g8 ?9 y+ m, o' 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）

) M* n, ?  |3 s! i% }5 D! K5 U

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）

, H4 n  C1 l( s3 e3 a: s  f

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。

. V3 ]' H" I  ^

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. 
   0 |1 G" i+ h! v5 h7 D6 R7 _
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

7 p) I1 ]' t3 B& W, [    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

2 G5 M0 s/ _" A: |8 g* _    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

7 E" V4 e1 M- }5 ~) E    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)

7 n& ^* b  H, Q$ b    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。
' K. d* s/ i" @
: d9 e6 f  Y$ C5 ]    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：
5 C6 E* R4 h' ]$ R8 G% {

4 O. Y  s% u8 S5 j6 y+ o! s  C+ D: s# M' J

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 F( U( u" g. r# H
2. 
   1 w# n+ m0 Q- r; j- v- Z
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. 
   . _' ~( V* B. A" ^
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。

+ o/ L* a3 P3 g7 b   
2 }! o/ p* t' t' ?

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
   # {* g7 E" v5 i; s
2.    
   3 U" A5 m1 j7 p% v
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   * }  j; q& s  D1 l$ z9 [
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;
   . F) U6 M4 G' S* Q
4. while(1){
   : j# {5 T5 p) s; E* }1 E, w* r
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
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   + S* Z9 S( @% f9 }% |; q: u
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,...);
    * S6 t& Z/ y" p* `
12. }
    $ S. X+ h* l6 T9 o
13. //do something here
      X5 A/ y8 R2 ]
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。
   " a6 q0 L0 U1 z- Q2 i) G5 _
2. 
   $ C# C8 C" o. m& W  u: f! ^5 X9 f" ?8 G
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ! J) q, I) ^8 z4 }3 g1 i3 O3 D: b
4. 
   4 x, `* _9 a8 a* r* i! D
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
     I! X0 U5 {# C" }* h
6. 
   3 [" u9 U6 B3 \
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   3 M. D) h. F& a$ N! O
8. 
   " q5 H# G7 b/ y
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

" ]0 m/ J3 l$ y# r

使用select函数的过程一般是：

% p2 {/ E6 _3 q4 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。。。

" y8 v! e1 }5 y8 _* Q

客户端：

1. #include <time.h>
   3 G* m( R% k0 P
2. #include <stdio.h>
   1 l1 K# W; e' z/ i/ p: P
3. #include <stdlib.h>
   ( Q5 ?5 p; [3 K  h
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
     v/ J* G' r& d6 z* s' l, x
8. #include <fcntl.h>
   2 U  j# a& E+ ~$ P
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    " m6 T) v! j! q) A. A5 }5 P
11. #include <sys/socket.h>
    & S5 j/ K& }& N; m
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    7 ~, @2 A+ A. \6 T# P- V4 T9 Y
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    5 x# N4 z7 w* I/ Y) H) S
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ! @- K( ^# k$ }; z6 @5 w
20.    
    * \* p, b3 N/ u
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    $ b; R* ?) o1 x# {1 o; q3 ]
23.   if(sockfd>=0)
    # G+ a$ \: ?$ \: F3 G* l! S
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    " }9 B5 z1 b0 g  m2 a
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    , U( u% r% [, q- q) X3 u
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    2 |0 a1 ~! G! A8 P9 X3 |6 V
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    8 H+ A3 \' {9 e* V6 x$ ]) T; Z
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ; U7 A: S: @# I& d6 k. a+ v1 R0 `
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    7 t  S8 _) M( m$ a
31.   
    / z' V# j; Z0 ^( l
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    + E" T! r) m) E: p3 v
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）
    6 o; C" h9 ~4 X  v+ I9 _) X
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    $ b6 M; a4 _8 N3 ]) U* k! K; E8 c
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    1 g6 T$ ]! M1 {
40.   while(1){
    / N8 m; R9 J9 F- W" `
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
    * M8 }' `/ h- U) Q
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 C" P+ y( h2 j2 U( w! Q
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 G4 L% v* ^5 y
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    ' j8 h2 R( s& j' Y+ Y: ~. ~2 G( c
46.    
    ! n9 f; G0 d* ?- h
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    , F1 K7 E+ C& h# n  V4 `; s
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   5 }8 q0 K2 U" B1 }8 v3 c1 u
3. #include <stdlib.h>
   * R, z/ ~1 O( y: f( Y0 U& l
4. #include <string.h>
   ' T4 n8 j- g. g( [0 C9 _
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   4 n# t, c; L! E) c5 c& ?% T
9. #include <sys/socket.h>
   7 P8 i8 k3 u" r$ X) |: X
10. 
    / c0 [/ \3 y/ c) Y" B
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    6 j5 w: W2 {$ d! c7 {
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    9 j. D. `; q8 y
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    7 y, i3 P& ]/ O4 U' f+ A1 }. t
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    8 g, a6 `4 a& B+ |6 Z0 }# I
21.    
    
22.   //创建套接字
    - x' z' W& u: n8 t" Q0 K( g- q# n
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    % O  S% b- _  n
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    8 Z2 l3 ?( t% h
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    / H; Q+ g' i# W1 c8 l
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    # C- y- d% M+ K: q5 l' R  w1 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
    $ L% M3 \" o7 v% g
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    + r# l6 D, w7 h5 C* D- v) `
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    ( U/ N8 D- M5 l, A  M
39.     printf("begin listenning...\n");
    / i7 A% y+ t0 d/ Y
40. 
    8 ^8 V4 [) i# U8 D' ?
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ' \8 t# f! L& u) Z* p+ H& k
45.   while(1){
    ; @6 ^8 w+ i& m: |: r. K( s$ G3 D
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ' t! i" ~% ?( X
47.     FD_ZERO(&fds);
    7 q4 E4 r0 L3 X2 z+ g
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    9 W) f6 g7 Z' k! }
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    : r! w! q0 l$ e+ Y& C& ^6 h
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    8 I: l+ s6 t" L' a# v! |
52.       if(is_connected[fd])
    5 n. x! w  ?, O3 u
53.         FD_SET(fd,&fds);
    * R, D& E# u* y+ E* \; s! \
54. 
    . H) G, y* I, s, P
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
    , m* L: n4 t  _* M% S
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    2 R  N' b9 P6 Q6 a1 K
57.       continue;
    
58. 
    5 U* j. j% y0 K# R, p% I
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    5 X4 A' T6 [# @! {
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    + x4 s9 h6 a' |* g: r
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    - t) J# {. K: ]& {4 Q
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
    
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
    ) j# |" W, F2 T; w' k# P2 }3 @
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    6 R8 ]7 L, U# N2 Y
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ' M$ {  ]4 F  w4 `
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    % R7 v% c4 b5 ~) T$ [
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    % p, Q5 Z& L0 P7 l# Q
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    3 @7 u+ e: p4 \$ Y
78.     }
    ! P0 G+ v, k9 F5 B) t
79.   }
    
80. }

复制代码

) O2 S3 {' u6 |1 L( H
+ I" ^6 p7 e' q" K
' g5 ]: G4 o( B7 e! H, g