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

5 v/ m# i1 t) H; C

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）

, r9 {4 j: H" Z5 [

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

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）

; J6 O0 F' {+ r1 q. \9 J

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）

& @* v. e3 m3 @/ u+ }
, {5 M* N" _2 Q* C4 [

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>
   ' |% I4 Z$ f, e8 W; o& s4 e8 j+ y
2. 
   # S# M$ h# H5 m3 a0 j
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

+ v( p. J6 K. q# m- V' j    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。

7 D* U& d- x; N( J; t& q6 k/ a/ u    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。
% ^5 e, \& q' i/ W; h! {4 I
    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：
% p# `3 U  w& C, M4 i

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）
   % x( ]7 m0 y) G- X: E* h5 {
2. 
   % F& k* u! |9 O2 I1 H
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）
   " y& D6 Q. _6 E' i! P) F( ?
4. 
     I& l# E  v% n! E" c
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。
: ?- d7 [  S$ J+ w' x$ @" d1 l
3 j0 ]: O, `6 U. v1 _3 O- I0 V   
1 I/ y& t8 y' e3 k  }

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.    
   " l( I9 d2 A/ |6 ^& q4 ]8 X% N
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   ' R) S' N1 _3 k7 D% W" o+ O8 P# I$ G
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   % Y- {- G! {6 a, f. w6 h
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;
   # t  ^4 O! F' h$ V% ]8 Y# D
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   9 [. o' i8 x4 e* D/ e$ Q% X
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,
   0 d1 j' l3 \3 g; P* V
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
   ) K  s) i7 ]( c. C/ f9 W6 u
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    0 e8 ^! ?; v5 g8 m5 g& N1 L
11. recv(s,...);
    
12. }
    9 P# H( ?# m2 b6 K- {7 m
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。
   " g% @7 H1 |5 b. P; |
2. 
   " S7 C3 r# y0 Z0 r
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
   # P7 e! K+ r. y9 x/ M
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   " v+ d" N6 R# ^' T2 _
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

使用select函数的过程一般是：

, i! A! \' E8 i6 b3 c    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。。。

. J/ q4 x9 b% b3 N1 L

客户端：

1. #include <time.h>
   4 Z8 w, y- Z* W' D* {; R, `  f0 N9 r
2. #include <stdio.h>
   ! _0 ^/ P6 n7 Y# g
3. #include <stdlib.h>
   , D% E/ I4 t! j7 V& p4 I, @7 u
4. #include <string.h>
     t0 E0 J1 e! C; w( C
5. #include <unistd.h>
   . S" i5 Y6 V  _5 l* Q* N1 }
6. #include <arpa/inet.h>
   3 L( K9 s; p6 t! S+ c
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   8 e. u8 _% ]! v0 m; o
10. #include <sys/types.h>
    8 Q( j3 L" H# i; A$ a& U% B5 c3 x
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
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(){
    * f- h& s( K) S& r
17.   int sockfd;
    " \" M$ x# H& x0 n6 n' o
18.   struct sockaddr_in addr;
    & d( E% ?, T' L+ i
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    : K  ?; x2 i: R  k1 C
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ) m: D7 C! U9 v
23.   if(sockfd>=0)
    1 J: K% L. z+ b* M8 g1 D8 n
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    $ W1 {* Z7 H! j7 i9 P
25. 
    5 Q! q4 H! F8 g: Y$ }6 E
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    - D& o# u. H8 C4 y% H
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    : H! A7 _: @" b' C: P& [2 t
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    " i6 H+ J! E2 y& h" q5 J
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    9 a0 I# T! c( E
32.   //向服务器发送请求
    5 J7 ^# w5 h# ~* }0 y& I
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    * ?0 n& l' R4 }8 l0 _
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);
    ' d- X  U% m& t0 J9 L+ T
39.   
    
40.   while(1){
    & e- g  B0 L, U: o6 p
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
      ^7 g  X, ^* z  N! y3 s+ L
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    2 T: l1 X1 M' H( Z& [* f
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    4 E. V7 I$ s' X) w4 V# d& d
45.       perror("ERROR");
    ! {/ ?$ ~0 R" L0 {# l8 g5 {& E
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    & o- }+ Z9 O- d6 Q. {5 O7 j# d
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    7 K+ I9 s. u) M+ T1 S. g
50.    
    
51.     usleep(500000);
    * E: j3 R2 O* q2 w6 G; J
52.   }
    
53. }

复制代码

5 d" Y' i* h" d# H; D6 ?( Q

服务端：

1. #include <time.h>
   $ Y( t  X: Q$ W: p( T0 e1 y# A. |) T
2. #include <stdio.h>
   3 K* v+ q( V/ x  ^+ ]& Y( |
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   9 `: H$ c5 E' G7 S, Q5 Z8 T' ]! Z
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    9 o' r- M; H" }  I
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    . M6 |4 r9 R) Q% I5 H
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    % i& k8 }$ w7 S* M
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * Q0 n1 E# `; t" d
24.   if(sockfd>=0)
    ; q4 p6 v6 k) C. a7 j
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    3 v' W3 l3 S0 d7 @$ R
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
      g# R/ t* A- N
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    0 \9 u9 C. y) b
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
    / i' _3 e; u% l/ n8 N: w7 B0 s, M
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    1 {5 M+ l! g1 F" u, Z' ^+ }
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    5 Q& O9 K! M6 t* B& r+ ^0 |! c
39.     printf("begin listenning...\n");
    / R3 U3 J- |4 O8 |$ O* a
40. 
    ; ~  e0 H  z. C) f3 J6 o, s
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    / ]7 }4 v5 i( n* ^3 e$ `
43.     is_connected[fd]=0;
    3 v# i3 c9 {8 Z& o$ K
44. 
    
45.   while(1){
    " T# p, K9 Z0 _) h
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    6 O" B& C2 r. G& ]! k0 x
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    % O  F- o: L3 u, f% s: {
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ }2 \; T3 N- P; n
52.       if(is_connected[fd])
    ! n' I9 b) \" W7 W' D7 V
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
    2 R6 B1 b, O- E3 W, j; L) i
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    , {* r: f+ \" j
57.       continue;
    
58. 
    " t. A% R# F! d* }
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++){
    ' P. l6 F2 @* S6 g) |2 `9 i/ e) _
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
    3 k. D2 D0 O4 p( C* g2 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
    8 r+ o$ t# ?1 c5 S$ X
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    2 C4 F6 Y$ Z1 Q3 j) D* k' Z
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    ' b$ s# N7 d% O+ z
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    6 z+ ^( @  w+ `5 l
76.         }
    $ @! v0 V1 r+ ]' X
77.       }
    . P. t/ {* e3 O+ M, u! C
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

( @* ?7 O6 ~. M7 [- d3 f/ K* |+ O) x
3 S( Y9 W& _" ]! A4 E/ |
) A; y# t8 n4 Y  A% ]) A