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）
0 H2 Y1 Y  d( {9 ?/ c" x

+ Z6 @- Y& o9 N& S
" _! q# @4 x$ C) z

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
& K; T0 R$ d+ c# q6 o' W

       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

( U, G" x3 h  K# e5 `6 k9 Y

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）

. q4 Y9 p6 Q3 r2 n

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）

  s, P" h9 @: I+ s1 r1 z
5 q9 n+ l  x% r) I

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。

( u: s' y0 _% x3 p9 Y; L
# d* z- O9 ~, a- G

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

- S) r# ?5 e( d! j$ @4 `2 G6 C% K    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。

    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)

! l3 t$ _" m; ^% ]! L* h/ s    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：
5 [* v- R! u' I9 m; s! i

4 m2 J" m, e3 C* q* a3 d5 t3 z0 k

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）
   # ^1 x+ h1 S3 [3 O5 L% y
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. 
   2 t( d4 y8 X5 _- E: U  B5 f3 E
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
   ; Z1 `; e+ h  B. e' \- ~. f
2.    
   * F& a0 z4 a9 z. N* p; U7 G! {
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. 
   
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;
   ' ?5 H/ Z7 F  B& u2 ~! p6 B
2. .....
   
3. fd_set set;
   $ r. j( k6 N- x* F
4. while(1){
   ) e" N+ f. G0 ]5 r4 m. m' P7 g! T
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   % E) V& T" c9 v" l
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 M/ w2 t' j' c5 L9 O
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   * k5 G6 `* ?6 H7 P- c0 S2 f! D
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
   - J) y0 L- ?! k
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    ' V; r. y3 f  Y. ]# K& A
12. }
    
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% U0 x* j8 ]3 S2 x# z# T* T
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   " W6 L3 j/ N+ G6 P
4. 
   1 g& X& g) u5 d' z2 x4 e& g
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   8 S6 ]& b) y. l+ y: i) F
8. 
   : s  L$ d' @' ?5 j2 ?# Q3 i
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：

: c3 T: E. }+ S+ U( o6 a  K    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。。。

- F, X6 H" s" K/ ?9 v% t

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   ) e/ S8 y; c. m( V: T( L
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   : i: T$ g6 {" l7 @0 G
6. #include <arpa/inet.h>
   ; s- `% U% R) J
7. #include <netinet/in.h>
   % x% E% v9 D" P7 t
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   . ]) P, Q5 n6 x  M1 t& ^7 M2 d) ^
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    " i. ~1 ~0 b8 k- J; u' s8 @# d
12. 
    - W# l- ], q8 g2 N/ v" `
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    3 O5 S2 e0 m+ p, j0 @7 j- N
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    8 U$ ]1 W5 N1 |9 Y4 s8 D3 C
15. 
    
16. int main(){
    5 N& q9 Q% D0 ~8 g
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    + o5 e4 M; |4 X
19.   char msgbuffer[256];
    : o) L+ ~- k7 S7 M5 j5 X4 H
20.    
    
21.   //创建套接字
    : s: ]+ v( r, F5 c
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * v( f5 X8 I) e8 T# e
23.   if(sockfd>=0)
    ! ~# _  a  {- f8 L2 U6 S' r$ y- |3 z0 d
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));
      s. [, i8 Y$ {4 w- @7 c% a# |
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ' ]0 O1 H+ I2 s9 |& s
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    * m' Z6 L# y5 T: U) ?' O
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    : f, Z  }2 a2 U5 [* n  _
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）
    / x0 ^5 s% S, Q, D
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ) e/ U: B$ [$ w
39.   
    
40.   while(1){
    % k& \0 _) R) u; \& S6 z
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
    0 f& z3 R/ ?1 g3 O
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; G( B; J( G/ l1 z# C5 n4 x! k- D
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    / h" n/ M% K$ r
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    3 b( ]: u$ x- G  O/ P( R
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 I' Z- i! W5 C9 k
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    , o7 C% S7 q- A8 ^- C" J
50.    
    
51.     usleep(500000);
    / v% J, i' s2 T- g, v- G
52.   }
    2 C& P- A5 s/ K" K# b4 b
53. }

复制代码

6 g0 t, J& B) c  w8 e/ `. b

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   - I3 y) P$ D  e8 y  n
3. #include <stdlib.h>
   / o; c4 k! \- T  U  Z& I  u
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ; g( D! U6 u6 @2 E8 s# ]
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   " \; q% z  z! D8 G" q! ^  e4 R9 c( Z
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    / k* N1 M7 l8 P3 s
13. 
    8 c# x3 R/ t) Z5 X, s
14. int main(){
    ; v  O/ ^8 E! ^
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    $ \5 f$ }4 H% g0 R7 J; g, s$ M
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    - {' R) p: Y/ j0 M/ _, ?4 e( D, v
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    $ r5 C, r) n3 K2 [9 a' d# D: W
20.   fd_set fds;
    6 G: I/ X+ d+ L* j
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    + \9 }0 h7 {+ _( _+ e
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    2 u$ S+ v) I# @" d5 P, V. Q; d
26. 
    ' X7 l& c* u* t6 J. h9 E
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));
    $ p8 R4 r9 S+ c* u# e7 [/ `0 C
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    , I& y0 i! ?6 a
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
    ! o  S( s" g3 v! F& @$ X/ N9 q% W* d
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    6 f' _3 U2 i- |7 V
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
      k; d! `5 v& w
40. 
    6 {2 [4 R& B) ]
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    7 \5 p$ y" c  f( @! y
44. 
    2 k  B3 s( [, x: `. a
45.   while(1){
    6 l& k/ g3 f; f3 f/ X8 k  o
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    / W4 A9 J' w8 ?) h  F( O( G4 u
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    - V; ^$ p8 O. C2 \) W% Q5 U
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
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
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    2 ?7 c7 P1 R4 q5 |
57.       continue;
    
58. 
    , R+ y2 j. P' T, R9 a* 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
    ( n! q7 k3 P8 N  Q- P- i' b
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    9 D) y9 P; k# R$ e+ ^+ s
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    ! I6 |! V; j6 ^6 ~0 v7 K. G& V
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));
    . f( _2 Y+ w* y. E7 K
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){
    , m6 q9 a- W# t4 r, w9 M7 l
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    2 Z' N4 i0 }/ T0 R- x" b2 [3 l. g
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    5 k  B, z# o" Q6 ]2 s
71.           }else{
    / b# d* G5 ]  J
72.              is_connected[fd]=0;
    1 n; H3 u# X- i$ @8 h7 a1 O
73.              close(fd);
    0 `) e# l. `& r6 K! F+ d4 ^% X2 G: s
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    % Q% i9 W9 E# K+ P# }$ [5 x
76.         }
    . k! o/ U* N2 s& e, F8 y. i! T' C* B. p
77.       }
    
78.     }
    , O5 C3 W( M/ q0 u/ W- l
79.   }
    - T2 K& ?3 U  C4 b
80. }

复制代码

5 Z' a4 u3 {  O2 }* d
1 t. i" Z4 `! [% W5 `
; I: e+ U8 d3 T' l# I5 {
4 U& |6 a. b" b$ M
7 {9 |3 l. n4 u7 l; `