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

+ g( Q0 i7 Z' \7 J$ j% p

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）
5 ^) [) ]/ u( f! e6 y% T+ 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
, R& z. L& z/ g0 }+ d0 _

       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

' ?. L" L& F+ C; G8 H1 U

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）

+ H4 h; ~8 }7 |4 P3 j# ~" e; l) ^
) ^: S% V" z/ O9 U7 x0 Z/ ?8 i# C; k
2 n& [8 o7 W3 j5 Q+ \% N+ i) Q

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。

6 I( {2 ]) D6 l: b: V% r0 j1 h
8 I+ Y; I+ B9 X1 T: [8 Z

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>
   # x7 r+ u# e( h0 C
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

, N# L% B3 d+ e5 W    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 R  _( ~2 a$ }7 m6 i& y# P    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。

    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：
. o8 F6 v) ^5 z8 N) [

6 s! G* r4 x) K9 J' [

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）
   ' O1 _% k; n" R: m+ S/ V
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）
   * g% F+ q+ i+ \1 x, }
4. 
   2 o+ s% ]8 _% r2 l0 G& W9 @/ D
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。
4 p6 ?: M: W' N( Z, k% x
; k/ _, k* x( \+ K! D   
) u$ A  N& w$ I4 Q6 E& 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
   5 O1 r, D7 }/ n& J2 n' a3 _
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   2 i3 K1 ?9 O% F) @0 Q# i
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 C/ n: S+ u2 ~+ n# A# X
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. .....
   9 Q' [, H5 q; `# t; r" b
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   ' U2 W. l$ S: K" j" K" |2 s3 X' R
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,
   
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. }
    9 ?3 f9 J: @- {- Q( l
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. 
   
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
   
6. 
   ; m. C' ~7 N# ^, o5 c9 S0 X
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   7 G) l/ _! V8 L/ U
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：

    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。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   . j" w7 B0 {9 S, ^
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 V5 X  v  j6 P
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ' Y8 y! t7 l* A% R
8. #include <fcntl.h>
   1 I) `# B, Z+ O2 H
9. #include <sys/stat.h>
   1 p* O* @* c! g( i3 R& T. N
10. #include <sys/types.h>
    7 D+ M2 u4 q( Q4 X, e
11. #include <sys/socket.h>
    6 R# u6 l7 `, {. U6 X2 S
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ! F. F0 E( {( K( y& _4 Q
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    " e- `" G  X/ m9 O7 S
17.   int sockfd;
    0 p9 T8 z- v- o5 F. P
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    / ^1 U7 W/ T+ [7 l3 P
20.    
    $ x" a6 d; c- L; D, D
21.   //创建套接字
    3 V0 t# G  k8 ?8 o
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
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
    % o7 k. M& o8 [. ~$ |
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    : I6 w) `8 m+ ^4 R. {' Q
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    1 i9 a( J/ k, n. q; `$ j
34.     printf("connect successfully\n");
    / i  g  q: K' h& _
35.    
    . y! {+ D; H$ ]! d3 S1 I  P
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);
    
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    * ?1 i! s5 H  p; }5 {' A0 [
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    + m" e$ L! Y4 x# u1 C( J3 n, p* ~
45.       perror("ERROR");
    " g7 V% [' @! S5 b! s0 ^' ]
46.    
    ) E/ f6 Y; `# c
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    " g0 {6 a8 k' ?) |9 {2 _8 N
51.     usleep(500000);
    $ o+ U+ M( f5 c: h) v1 e% b& D: R
52.   }
    
53. }

复制代码

1 z: j0 P& }' f7 E) \& K
7 a0 }' N+ i9 w  ?/ q6 N7 j% @) q

服务端：

1. #include <time.h>
   / U3 ~% H5 `) O+ H! e
2. #include <stdio.h>
   3 N& `# @8 _# z. \' Y+ g0 }
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   2 M5 k- `- k3 B( |; {* W( y+ M
6. #include <arpa/inet.h>
   & m/ {8 B9 Y& g8 s
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
    , y& S* n( D! Z0 Q8 e- q. N
13. 
    # s/ R8 B2 n  c( b* r% h
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    & I/ _- r+ g. L0 C2 _! R* ^
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ! w6 G( ?) @' N5 f) O8 F/ p
18.   char msgbuffer[256];
    0 n  Q8 Z. J$ m$ l! l
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    9 N: x  \& j( ~. y0 T
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
      c0 e7 x+ T; V4 \7 _9 W6 s* I
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
    ; z! a! ?1 t4 m% q
32.    
    # X3 O1 l) P2 `% ]+ ?( {  w) v7 q
33.   //将套接字于端口号绑定
    + D( J$ X/ W" M! h) T5 T+ |2 f
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 G2 k, ]6 Z: E/ K4 v3 V6 U) P
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    5 u3 ?# E# @8 P  v1 X( m
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
      S. t2 H0 O" F
41.   //默认所有fd没有被打开
    8 Y7 S7 G1 q$ [% C9 v
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    ; x" E0 C& \! k- Z) y
43.     is_connected[fd]=0;
    2 u/ f" j1 y: |1 @5 g+ Y
44. 
    & j- u* X/ Q7 q$ j( ^' ~  o
45.   while(1){
    . l3 n. Q! r( j$ S
46.     //将服务端套接字加入集合中
    , Y7 u; h( m3 Q  N! w
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    0 J% K3 P( M& d  Z
50.     //将活跃的套接字加入集合中
      i, ]# S# e' U, W3 a
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    - l$ L; s5 I% J* g; Q. Q5 x
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
    , B* A( x! B- Z4 h6 L3 ^6 D% n: |
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    % b3 X; V% W: U- D
57.       continue;
    ) P" s& S2 ]4 d; o6 I" h
58. 
    - d& o* v7 T4 z2 Y* J  {" ]
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    0 K& m, P# Q' Z" `  ]- Y! N9 {
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    + Z% N  y; \; `. ^& y# g+ y
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    8 d3 h6 Z( b: L0 ~9 o8 p- H) S
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
    . f6 \1 {  L; C; o( _7 G" Y+ A. G1 @9 f
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    , X* J0 |0 L! Q3 {3 L/ h* C8 r
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
    % h1 O9 ^* c9 U- G2 @- C* Z
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 |1 s! o( X, l3 D
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    - M+ s% J) I/ _
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    9 K4 N& ]6 b% W& Q. w' ^
80. }

复制代码

2 z3 W1 H8 Q5 y- H* b


; Y' w8 j. j- F: {% O