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）

" }3 g7 j% ~3 f1 h9 f

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

8 {5 n. [6 S8 i7 ^. {' R  s" I: l

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）

; W- n0 y5 H2 E) Z

* s! m3 K7 X& l9 z- X. k. b5 E& M& M) 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。

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 m. }& Q+ `% W' u- y! D/ 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

/ C6 j+ E3 P+ d# ^1 e' r    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

$ f3 w) O* j/ s' S4 z* v' v    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    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。
, M5 m; s0 |9 f( v+ v% |
    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. 
   
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. 
   & z, K. P. H; N/ G" T5 p* `, b0 g+ z3 R
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。

   

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.    
   " p! Y0 B  M& V1 C/ G9 ^$ O: z6 [1 F
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
   6 I6 Q8 h6 v6 p0 W
6. 
   6 Z' r+ H5 g& q/ m' ?; I& B# ?3 ~
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;
   . ?/ V0 l  l- k# i3 u
2. .....
   
3. fd_set set;
   4 R: L' p0 n. Q; g' @( U/ g
4. while(1){
   ) B! @8 F0 F" f2 G6 q: m% o' I
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   9 a& M/ \, q6 ~, s, v4 O5 _
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,
     _0 M8 }! ]; i4 T) ?* y6 X
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
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
      j+ e: n! q9 n4 [  w" j+ L* M
11. recv(s,...);
      C, G1 L. L* }5 [4 V) G
12. }
    # u& @( z6 f, L+ U& W( o$ W. X6 Q
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)
   : v( a4 d8 \% f8 Y' m9 n) t. L
4. 
   % p- C/ j. X: l) n. l
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   * a! k9 I- m* |' ?( G' |# u) J
6. 
   $ y  q- _* A5 K4 S
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   & R* k  @0 W! Z7 p3 \% q
8. 
   4 D: x) C3 C+ a- b4 C$ o
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

7 D2 L0 n$ I* u3 q3 ^

使用select函数的过程一般是：

& U/ ?6 L6 y) O2 Q    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。。。
0 v" d+ o8 H6 O& l, u2 t

" e6 l. ^6 ]4 e' G2 P

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   9 ~9 i) U, s- g
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   : a+ s5 L$ Y8 i, {4 [- c3 R8 @
7. #include <netinet/in.h>
   ; }* l: H/ S+ R! c( E( u
8. #include <fcntl.h>
   + o  B6 k! v1 t9 T3 f9 r
9. #include <sys/stat.h>
   : u) R8 g6 Y, {: |3 H
10. #include <sys/types.h>
    1 S7 z. F! N! p5 j+ U1 P4 l
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    & ^0 U2 F- H( U& c0 y4 ^/ ~( z
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;
    
19.   char msgbuffer[256];
    1 t) ~  E0 v$ i4 |. n
20.    
    7 ]) U0 p$ e. n( Z
21.   //创建套接字
    5 S9 h( S( c4 n9 F; d
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " a0 \7 O. Q+ R- g7 `+ m
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
      }) b3 [. c, G- q
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    / _8 J, r4 @  w0 l, F% r
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 L! a- s4 I9 F+ L, V
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    1 J, w6 h- B; L  y, |+ D
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    $ u! z* b5 E4 V4 i
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    2 s: A2 H- H6 `, R
34.     printf("connect successfully\n");
    & X) `+ _, m) i) L, x! g2 g( \
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);
    0 I! y+ q+ {8 p5 Q' _1 T* n
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ' ~) R2 M3 f9 D& g) j* P& _
39.   
    0 E' S8 B5 T5 c5 u$ O# ]
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 U2 d2 {/ I! I
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    ! w+ c8 \5 y* ?2 b9 s1 d" g: Y! k
45.       perror("ERROR");
    , m! E  `; Z& m, u* Z$ \: Q6 z' g
46.    
    : u+ R, M$ V* ^: ~: X* y7 y, V
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    7 Z6 k2 z, \+ I3 c# W% |
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    6 l# A: P  l* Y0 Y7 N( {
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    8 [( o% a" o% @' p0 {
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    ; t( l* k) I0 C: t5 y. c
53. }

复制代码

+ w: N3 M: I3 y) Q1 O9 A$ [

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   % K' i# I2 L( L" _& g
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   $ \# m5 n+ T, t/ o1 R4 ]
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   / l% K1 {- {$ T9 f6 K; c2 g+ m
10. 
    0 e) M- d0 v/ l3 I6 \% c1 e
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    " }5 w% S7 h: R4 h
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;
    6 f2 u$ T* M$ t) S' p
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    9 }9 U* G/ r$ D( P
18.   char msgbuffer[256];
    8 H6 J) `' B: Q
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    4 e6 n# l" i' r! e$ Y- [: r2 d  |8 l
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    - j0 ^6 V7 u4 ^# A
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! A/ P3 P8 ]* `. c' G" p
24.   if(sockfd>=0)
    . P$ `6 {% Y; ^9 `
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
    ' K2 f8 L3 i# W- o
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    , v+ N6 Q5 t- u, X7 E
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ! R- ~4 d8 f9 v
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.    
    & D( h7 ~" k$ z& Z3 _  v$ {
33.   //将套接字于端口号绑定
    8 U( v0 F. P2 C* O& ?: z
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    * @) T1 a/ s) p4 x; e
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    1 ]: e2 D" P0 P& x( j
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    7 ?, G. `& F' Q8 x4 F* O3 y2 z
41.   //默认所有fd没有被打开
    / x4 B" h& H* N2 C: i
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    8 ]) s6 ?& \# B* j
43.     is_connected[fd]=0;
    2 |' Q4 m$ A! o. }( N7 q! c( K
44. 
    + @0 ]8 W3 L) U2 v- T) e# f5 {
45.   while(1){
    ( Z7 f* C# _+ Z& |7 }5 _. D7 d% C
46.     //将服务端套接字加入集合中
    2 ^( e! S0 i; a% u5 d
47.     FD_ZERO(&fds);
    , ^" J5 R0 Q' x8 Z- |
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    9 r7 B& H3 A& D: p
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & }- c5 i, i0 g+ V0 X2 n
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    . x9 T4 I+ Z! m, n
54. 
    * [5 {; m3 l) F: M7 ~0 f
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))
    4 p! n" W# ?% R% Q+ t3 [' {
57.       continue;
    3 c* u7 N4 S/ D$ ^: r
58. 
    % n9 c/ m" L' b
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++){
    3 [0 `' x4 S1 i( ?
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);
    , d& T: W  T# ?+ ?
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ; d( j# s0 ^8 M( |& H
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
    0 h3 V5 b" W8 I9 p
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
      H/ p0 U: k$ h, @+ g9 ^& ~2 E/ D# h: @
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    % V" E- Y. ]1 v
74.              printf("close connected\n");
    & C7 S3 U2 n& c) }- h4 e0 z1 Q
75.           }
    
76.         }
    " w$ m+ y$ T, ]/ i3 }" |2 n3 M
77.       }
    
78.     }
    , b  {: ]1 H5 H2 r
79.   }
    0 u( T- t5 B9 _% K) D
80. }

复制代码

5 R; m8 {! k- X+ z/ r
6 e  b- M8 m) _8 p( H

3 q" b0 ^7 z1 F- D5 `