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）
- F2 g- x2 N& O- @

; W/ `9 Z7 N; K( c
. D* T1 h! h/ s  \. 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

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）

# X, ~& I- K7 B
8 v/ X0 }  S5 W7 r( u2 Z

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 Q3 x. a$ y9 s( e# U5 r1 Q$ h

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>
   
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

' C2 V: c! L: g    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

4 d, Z& _! {5 E- r2 V    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

/ Z6 Z& z" f- ?6 O, Y* ~- ]* [    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)

3 `2 s5 F4 O2 H& u) {4 p    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 V3 @1 f3 R# n  }    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：

& D+ V- L+ W+ ?. v

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. 
   
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。

9 O- |: B# a$ G# J3 k; e7 f1 A   

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.    
   . v! l6 _7 l4 x% V$ K' S+ R
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   5 |- G8 M, d) R- `4 q( }) [6 }7 T
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   . Q& K1 f2 v9 T8 ]' _5 v. V% L
6. 
   4 ^& B8 B0 A) i
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;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   / z% d0 z2 i3 J3 e: j5 V  _
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
   ) I- f4 {; X, P, L
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,
   
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,...);
    
12. }
    # M  _' K$ Q! L% V: j/ Q' w
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. 
   2 V9 V- [% x2 D7 w$ \# ]
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   0 B7 i+ Y% o& N6 E! k
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   - H4 o, ~4 E+ w
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
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

9 y& y8 T3 L! S7 u/ n+ H

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。。。
/ v- G9 F: `* F, r3 G

客户端：

1. #include <time.h>
   / @2 U0 O3 B, k! p. ]9 B7 E# i
2. #include <stdio.h>
   ( \6 G2 M2 L0 V% o: F% |
3. #include <stdlib.h>
   ; Q' w" h! Y4 F" K! |# w
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    ) `5 F9 i! C3 b
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    / Q# E4 c* r5 j6 Q
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    . a+ H7 }8 b: U- G0 J
15. 
    
16. int main(){
    7 u) s$ ]$ g5 W
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    ! S" e* U: k' Y3 \
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
      X% ?- C7 B1 s) x, v, b
23.   if(sockfd>=0)
    9 F- ^, p4 [$ w! H  N3 F. {
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    % b9 Q; q8 X/ I& K
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ; X8 s4 i/ N" p/ Q( l  u
31.   
    * l1 W) k, P1 P" m/ G7 |; \9 v- h
32.   //向服务器发送请求
    5 t6 K6 _0 p# g/ `
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    & B7 k' x9 C$ N' |" R" ]
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）
    $ d0 o5 E  O/ ~
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    ! \) Y' ^9 Y4 m& U$ n
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));
    9 ?( X9 s/ [! e
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    0 P/ q1 j2 h! Z% Z# ]
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( ^9 l. o4 K& I8 `
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    $ L" f- w# e, Y
50.    
    ; o; b& m- i7 ?# A
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

% t" x9 a9 T+ Y

服务端：

1. #include <time.h>
   - L& f' N4 c9 \# v
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
     I7 G- D. d" d: Y& e7 d7 ^1 `
4. #include <string.h>
   8 Y' H- g4 u7 A; q6 x# ~2 J
5. #include <unistd.h>
   : o. a' F: Q- s3 T8 G& X
6. #include <arpa/inet.h>
   # c8 s6 j! L! D9 Y% I* z# N
7. #include <netinet/in.h>
   ; G& E& z# {2 p
8. #include <sys/types.h>
   0 X& s) ^+ o! V
9. #include <sys/socket.h>
   * Q, H( P4 X, @8 g9 O5 v
10. 
    . R0 a! ]+ ~+ e' {
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    * Y6 V4 h% e9 G( U7 q% }
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    " R6 _' p+ X" s! O
14. int main(){
    1 z5 f" g* X' m" n# p5 X
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    . `( O& m- f6 P0 U
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    8 |* ^$ h) B# V4 o# U8 F, t" S
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    ; B5 T) `$ q) i4 ]: f* E
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
    ( w' W2 K+ @/ \+ Z" Z) k" E
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
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
    % U& @$ F6 _6 d
32.    
    8 P4 n! H' m/ U2 S+ M
33.   //将套接字于端口号绑定
    9 a: P7 F. U9 _% [( Z) z
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    ( @% Z9 |/ G( k+ E
36. 
    
37.   //开启端口监听
    . S6 B* h/ E4 G/ `% g
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    8 t* n, V. h+ ^$ T8 e* I9 I
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    : _9 U  G. }6 l- I* O
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    - a! h6 F- H6 g( [
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    & w0 N; _3 m# @5 Z1 @
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    2 R# f$ e* _3 O6 F! ?8 G
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    5 i+ J, r7 e( [( {3 m
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
    0 ^8 L& A% O4 m# }- [1 a; ^
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    8 B* I3 i" ?4 k7 a2 x- 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
    1 b* m  \4 j. v# B
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    . G4 B: |. |# @7 t
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
    - R' M5 L& |. e# a- K. P$ f3 d( N
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
    0 j$ {6 Y4 ~* i( `, j( o3 O; B& L4 H
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    / e9 B% R- m% [" r/ A% B
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
    - c9 T# q) A3 x* ]3 H
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    / S- c- v) r# ?6 {; H- w
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 e$ Q: A) ^/ w
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    ! c" O  y" B3 M& b' G4 w
75.           }
    
76.         }
    5 K. T* _- E8 e
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

4 z4 P2 ~" C% M. ^
  k; W+ {8 S( O7 K5 Q3 u5 \
0 b$ r+ C7 y# f# N0 r/ Y* P4 D, T


# q. `/ k  O# a1 {; v1 }