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

+ k) S, V4 a3 \# A

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）
0 b" J+ I7 i  @) I. z

$ l2 @6 W  z4 ]* F. a/ n5 ?  n
. C/ N4 G1 J& r$ m/ L$ d

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

5 Y4 D. w6 F- k# G

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）

! r8 Q' {" {" ]5 `, k5 E/ ~4 ^

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

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

$ g4 q6 \+ R  n6 Z* l+ {' E  p    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

4 |5 B& `" E# J2 R4 k2 T5 Q1 b    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。
4 p7 M( c3 |- t
0 U* w& s* _- q  S. Y4 r    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）
   . f, {% H; w. B/ u/ r+ u6 u* G3 F
2. 
   6 m% s2 v% U$ T( E
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. 
   1 a- y  l. s3 d/ 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。

+ U/ l5 @* C% |# g, p( B8 k2 M   
8 O; o) J7 G1 `- E# v" O7 X/ x

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
   7 ]$ [4 W/ V6 `7 U6 ?
2.    
   + }5 {1 g- o( X% ^" v: j
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   1 c5 `' c9 b3 Y" U3 [
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;
   
4. while(1){
   ( ?7 X! P  H( r& ?5 c
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   2 F1 C( B+ v4 Y- x, Q- o0 F# T
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,
   ! w# `( U" y/ C' J
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
     H1 i9 v; f0 s( F- C- D
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
    # Q+ s$ b* Q* u" ^$ ~$ }9 w6 J0 i
11. recv(s,...);
    ( _. w3 R$ y/ Q3 S5 a* [* H
12. }
    
13. //do something here
    9 y1 ^. H: R4 I
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)
   & L" b& D& n+ S
4. 
   # t6 D6 h: }% M7 W7 d# s
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   , [, Z: d+ a: N/ P1 l( j
6. 
   ) p2 J1 `! H9 h0 g0 P8 w9 C: t
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   . ]' S4 z- i( I( p+ d! R* i
8. 
     d6 e: {% Y. U$ g+ M) e+ l
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：

) T' \' i- ?8 v: ~1 B( 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。。。

2 H. S8 h4 P, r6 s- M) s# n

客户端：

1. #include <time.h>
   - L5 W7 O0 @  O) N: R7 m2 ]
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   + l; k1 [: A& x  X; A) Y0 w
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>
    0 o8 F3 d/ Q& ^
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
    7 N1 A0 ^' b9 I# L. Z5 |
15. 
    
16. int main(){
    2 j2 v* E) u  {% y3 U5 P
17.   int sockfd;
    $ G$ q+ U) Y, M1 v' i% P3 T6 k* u3 ~
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    , t2 S' y- X. z6 Q
20.    
    % Y# u6 k! [+ h8 v+ @
21.   //创建套接字
    : U8 k3 F  O+ r% P
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    2 A; H* U9 {/ V
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    0 b" d& z6 L# G6 B7 a! l
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    # P4 Q" |' U* w- J$ h
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    - V& r1 f! b3 j7 A" T+ ^. l
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ! G( N' d2 ^3 r5 q4 Q, A2 B
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    7 z- T9 _6 Z6 p
32.   //向服务器发送请求
    + A, b5 H- n, Y1 {& M4 U0 ~& I
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
      w6 q0 K0 b1 Z# d3 a& A% ]/ P
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    ! s+ F! {0 f! q$ T) D/ r( N1 y
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);
    " Y/ j- \* y6 \. M5 W' ]
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
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
    # t) }3 b3 j6 Q) S0 {( \  K
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( P3 l; ]% h5 a% _1 v# o
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    . G9 t! r3 }% ]# F4 F* Z8 Y
45.       perror("ERROR");
    9 F4 [! j/ ^4 N! g0 a  ^
46.    
    2 \4 D: {) Z5 W; e& j. d
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    9 t6 c' Y  e1 f1 D5 ~
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    % K$ ?. K1 A% H* d( _- w1 U
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    : G. R  h" w$ l" X0 L
51.     usleep(500000);
    # E: b# v* t) u/ ]3 k. R
52.   }
    5 g& O  g' e: L
53. }

复制代码

0 K* e  }+ s8 \3 Q

服务端：

1. #include <time.h>
   . \$ |  I" s4 y) r
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   4 v1 _/ Y- h- q* D, P9 o/ k
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
     @! e: K( [/ Q& h: C
8. #include <sys/types.h>
   4 n8 U7 b& \  _
9. #include <sys/socket.h>
   ! c; c. y( q* q' U$ S
10. 
    9 w9 G5 d; I! B3 y$ w+ \9 S  J
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    6 C7 q% S, \( s  o6 z
13. 
    . l. i, C- ?) K' I" K# P
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    , B) \0 ]! k' s2 H' E& c; J
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    5 a" M, d. J) V  s: D
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    ; E# e  Y% z/ N+ r3 f2 l- ?
20.   fd_set fds;
    . a/ U+ w2 `# o
21.    
    
22.   //创建套接字
      O9 T) G$ Z6 ~+ ?$ ]5 }) K2 ?0 @
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ) o" H, W1 H- l
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
      J5 A' s" N- s) M# \0 o
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    + Z. h& O9 {" u" k* N. b8 M! o
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    3 H' m, O; L2 Y8 N) R
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ; p6 x2 S8 O7 s" [0 e' y
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
    / n. n" K0 K: s) O" f( l2 D& k
32.    
    ! m( m% n7 l. d4 H3 `
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    % |5 A- f' C  A
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    3 [9 z6 w( ^: u/ B: q6 {* O5 m6 m
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    # K0 D+ I  d+ D& j2 E
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    ( B3 `2 @# j' \. M+ D* ^0 B
44. 
    
45.   while(1){
    0 B$ P; T6 |1 W. C
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    . W! F8 g3 |, O! M4 l. s
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    3 W) N3 H7 V7 I( X, w
52.       if(is_connected[fd])
    ' y- ^' }( R" Y' o3 T
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ) d4 p" r* \$ K: T( \% q1 K
54. 
    3 {$ a& l, F" Y  ~
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))
    0 h9 V& E/ d2 ?' E( Q
57.       continue;
    & @2 X0 s! d( I% n/ W# X
58. 
    
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++){
    , i& o9 F% ?" E3 s6 W
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    % |4 k: j/ v5 R( Y3 G8 P5 l8 w
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    / J+ K" E) n% n$ B1 L' z
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    . |* `" l* H  Q* J( X! M
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    & m5 U, d$ P9 o0 l
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
    " E: c( b1 U5 h& q1 j0 E% T: Z
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){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    # n% ]6 l& O7 g
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    1 y8 j  q5 k. F& J9 C- R
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    ) L7 b# ?+ ~- D2 c" k6 c7 v  {
79.   }
    
80. }

复制代码

; _# I/ r& i. w" s4 g6 }# }
" \5 g' ~2 W3 ~1 Z4 c$ k0 j
: q) X! R$ n3 K$ ?9 W7 ]4 w( d


/ g% `2 J9 d& W