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

# n1 Q) G# A/ S' X7 j

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）
" s% S" o( I  V7 r. [4 `1 t) k

4 s/ k8 l8 S& G$ `0 G6 h

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）

% Z6 r) }* \3 M( y1 Y

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）

3 F" W0 d: M( c! u9 j' k5 v

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。

' s4 s+ B5 ^# \2 j+ g! R
' g+ V0 L+ k1 B

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>
   ( V; \) J& m# ^- Z5 o
2. 
   ( ^9 B: R# a( A2 V& C) x  P- O3 O
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。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

1 i" v* J% O: }8 A) ^& T6 n    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)

) ^) W9 ^5 N7 ~5 S2 a7 p9 c( H    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。

    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：

( ?: {% y" @8 }& H# u

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）
   3 O1 ?) Q. j* p" N9 l8 M
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）
   1 g4 A1 a$ v' v( t/ u$ G; J
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。
& h- U, s) N$ n- D
   

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.    
   2 l" x# v7 r/ K  ^: c
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   # x  F6 F% c  Z6 N1 p, Z
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   " Q6 }( T! j# o
6. 
   3 ^( k4 T8 [$ J% u- o- ?% p
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
   4 @5 r* N& N3 g8 i! R; P/ W; o
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
   2 p& t$ w2 C) q) G/ u; i( {5 j
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,
   4 }: [* v. ~. T. \7 C! D/ D4 V
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,...);
    * e/ o, g- L, P1 D9 Z
12. }
    2 C1 Y# [* I- W% H; o# k8 x
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。
     l, E- W0 ]' [2 K" ?  b9 g
2. 
   ( B0 U, h! E. \* R/ a
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   . w7 H  {. E: g! r
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   " I8 T- ?' ~" g  K7 ?4 f3 K
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

使用select函数的过程一般是：

6 O: F( p' R0 ^- P0 @+ k( N2 w    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。。。

# D" r2 a; G' m

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   5 W; z+ D: ^6 o0 b9 o5 T
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   5 \1 Q  M# {5 Z( ?& x4 b: c
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   - j' r2 g& U0 ]- w& S
7. #include <netinet/in.h>
   # K# R7 w' y. b" m7 C7 @
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   + F. V, s% b. J: ~# v
10. #include <sys/types.h>
    
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(){
    ! L7 j; j' Z! t6 r6 O. ^
17.   int sockfd;
    8 F8 j, r6 `: }( o) ], B
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    0 H6 y6 i) e, z' W# w; F8 \/ E- x
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    0 Z- n  H0 m' g; o% k3 I! k! e( E. M
23.   if(sockfd>=0)
    & T! Q" n0 C5 V/ H9 o" @) n  V" L
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    & U) R( ^, z+ Z' u3 g3 {* Y1 u4 z
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    . m8 N! o+ ~% R# f( i3 k
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    & z1 |. u, X8 z4 N, c: v0 {$ L
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    4 x$ l! ^! i" d  I
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ; ?* l1 L& w! t$ D  W: |5 ~
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    " O: e" \' I9 ~% f
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 ^( n& C0 a2 O
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    $ I1 S3 L7 m! {/ C! V
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    % H. I8 A' Q  n* M* C7 b) ]
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
    ( W; L) n# i. e# k4 y' W
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    5 y0 Z0 _) x/ d6 Y; {) D5 L2 v
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    & W, w! _- Y* a# a0 L
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    + Q* t" O/ @6 P, e$ J- d
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    1 j1 [9 l1 X4 K: {3 A: c
53. }

复制代码

+ j" t. L% q/ k- X1 F/ r4 ~- H

服务端：

1. #include <time.h>
   6 J! a5 M. M) a! d7 G
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   7 t( M4 X+ P5 |6 Y. e, x5 m
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   # C! c9 n" t- @2 u# c6 w
8. #include <sys/types.h>
   2 M' _8 E. T! f- _! f4 X7 j5 {
9. #include <sys/socket.h>
   ( r7 l9 ]8 c5 I9 x/ s8 q
10. 
    6 W$ u# J+ L; n  N+ p5 N, g) e
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    ! F# \! E+ w' w7 w7 ?, b5 l
13. 
    0 N7 s) X. ~8 \' i; [: I7 }$ p4 s
14. int main(){
    4 `9 i0 \- N) L" x) E# m
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    8 n/ u/ t6 d2 v' V& {. X
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ; I0 X. O3 F  W6 [% T) g  N- {
18.   char msgbuffer[256];
    2 N& _; o2 I- x/ }% h
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    & P( j- ~% Z0 X! L4 ?& c
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    3 t( P9 T) K9 b1 V
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));
    8 h  U/ T' S% m  w5 `
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    & R9 p! c7 d# c% G
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
    9 r' }3 e8 h2 l9 ?( u
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " J0 i' H$ u6 R
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
      T! C. y! a- s) W
36. 
    + m# h  y, h! V" V0 }
37.   //开启端口监听
    " E6 |4 Y  y6 U5 u$ y% `
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    : V# h2 |, p9 F5 X
39.     printf("begin listenning...\n");
    ( U3 K* \3 f  O5 ?% {6 d" z  t
40. 
    + p: L7 z  H8 E
41.   //默认所有fd没有被打开
    ( A& }# r- ]/ }# _% u! F9 r
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    # L( V  X& o& i9 }! J
45.   while(1){
    6 F! `  k' v- T) v
46.     //将服务端套接字加入集合中
    : ?: P5 r! c7 i& ]4 E. G
47.     FD_ZERO(&fds);
    - }( i' z: U% [8 @: G2 T
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    , q2 \. [: u& \. c1 u  q2 q( j0 k
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    ) X5 L6 P6 Z! O9 [0 f
53.         FD_SET(fd,&fds);
    ) ~, t. K/ r+ B; v3 @- S
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    3 i% S7 p) {" N- A! F$ J
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
    / i, R  G$ f* H2 \8 }  h
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    $ P  ]4 V* a1 ^6 {
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);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    8 b+ g6 v& y- R3 p: [, W' ~, @
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
    # G. {" C; F# D* ^) _( _
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
    , d; i8 A3 o7 b+ \7 v2 v3 W
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    1 F9 m1 h) ]! S
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    # x2 ^$ G" w+ w* ?
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

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