編寫一個簡單的TCP服務端和客戶端

 

實驗環境是linux系統，效果以下：

 

1.啓動服務端程序，監聽在6666端口上

 

 2.啓動客戶端，與服務端創建TCP鏈接

 

 3.創建完TCP鏈接，在客戶端上向服務端發送消息

 

4.斷開鏈接

 

 實現的功能很簡單，可是對於初來乍到的我費了很多勁，所以在此總結一下，若有錯點請各位大神指點指點

 

什麼是SOCKET（插口）：

     這裏不用 "套接字" 而是用 "插口" 是由於在《TCP/IP協議卷二》中，翻譯時也是用 "插口" 來表示socket的。

     "套接字" 這詞不知道又是哪一個教授級人物造出來的，聽起來老是很怪，雖然能夠避免語義上的歧義，但不明顯。

      對插口通俗的理解就是：它是一個能夠用來輸入或者輸出的網絡端，另外一端也具備一樣相對應的操做。

      具體其餘高級的定義不是這裏的重點。值得說的是：

      每一個插口均可以標識某個程序通訊的一端，經過系統調用使得程序與網絡設備之間的交流鏈接起來。

      應用程序 -> 系統調用 -> 插口層 -> 協議層 -> 接口層  ->發送（接收的話與之相反）

 

 

如何標識一個SOCKET：

       如上定義所述，能夠經過地址，協議，端口三要素來肯定一個通訊端，而在linux C程序中使用 標識符 來標識一個

       SOCKET，Unix系統對設備的讀寫操做等同於對描述符的讀寫操做，標識符能夠用於：插口 管道 目錄 設備 文件等等

       描述符是個正整數，事實上他是檢查表表項中的一個下標，用於指向打開文件表的結構。

       述符前三個標識符0  1  2 分別系統保留：標準輸入（鍵盤），標準輸出（屏幕），標準錯誤輸出

       當咱們使用新的描述符來建立socket時，他通常從最小未使用的數字開始分配，也就是3

 

 

服務端實現的流程：

       1.服務端開啓一個SOCKET（socket函數）

       2.使用SOCKET綁定一個端口號（bind函數）

       3.在這個端口號上開啓監聽功能（listen函數）

       4.當有對端發送鏈接請求，向其發送ack+syn創建鏈接（accept函數）

       5.接收或者回復消息（read函數 write函數）

 

 

客戶端實現流程：

      1.打開一個SOCKET

      2.向指定的IP 和端口號發起鏈接（connect函數）

      3.接收或者發送消息（send函數  recv函數）

 

 

 

如何併發處理：

      若是按照以上流程實現其實並不難，可是有個缺陷，由於C語言是按順序單一流程運行，也就是說若是

      直接在程序當中使用accept函數（創建鏈接）的話，那麼程序會阻塞在accept這裏，這是由於若是客戶端

      一直沒有發送connect鏈接，那麼accept就沒法得知客戶端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有請求觸發繼續執行爲止，這樣就致使若是同時多個客戶向服務端發送請求鏈接，那麼服務端只能按照

      單一線程去處理第一個客戶端，沒法開啓多個線程同時處理多個用戶的請求。

 

 

如何解決：

下面摘文截取網上的資料，有興趣者能夠看看

系統提供select函數來實現多路複用輸入/輸出模型，該函數用於在非阻塞中，當一個套接字或一組套接字有信號時通知你

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

 

所在的頭文件爲：

#include <sys/time.h> #include <unistd.h>

 

    功能：測試指定的fd是否可讀，可寫 或者 是否有異常條件待處理

    readset  用來檢查可讀性的一組文件描述字。

    writeset 用來檢查可寫性的一組文件描述字。

    exceptset用來檢查是否有異常條件出現的文件描述字。(注：不包括錯誤)

    timeout  用於描述一段時間長度，若是在這個時間內，須要監視的描述符沒有事件發生則函數返回，返回值爲0。

    對於select函數的功能簡單的說就是對文件fd作一個測試。測試結果有三種可能：

 

    1.timeout=NULL （阻塞：select將一直被阻塞，直到某個文件描述符上發生了事件）
 2.timeout所指向的結構設爲非零時間 （等待固定時間：若是在指定的時間段裏有事件發生或者時間耗盡，函數均返回）
 3.timeout所指向的結構，時間設爲0   （非阻塞：僅檢測描述符集合的狀態，而後當即返回，並不等待外部事件的發生）

 

   返回值：

    返回對應位仍然爲1的fd的總數。注意啦：只有那些可讀，可寫以及有異常條件待處理的fd位仍然爲1。

    不然爲0哦。舉個例子，好比recv(), 在沒有數據到來調用它的時候,你的線程將被阻塞,若是數據一直不來,

   你的線程就要阻塞好久.這樣顯然很差。因此採用select來查看套節字是否可讀(也就是是否有數據讀了) 。

   如今,UNIX系統一般會在頭文件<sys/select.h>中定義常量FD_SETSIZE，它是數據類型fd_set的描述字數量，

   其值一般是1024，這樣就能表示<1024的fd。

   

fd_set結構體：

     文件描述符集合，用於存放多個fd（文件描述符，這裏就是套接字）

       能夠存放服務端的fd，有客戶端的fd。下面是對這個文件描述符集合的操做：

 

FD_ZERO(*fds)：  將fds設爲空集
 
FD_CLR(fd,*fds)： 從集合fds中刪除指定的fd

FD_SET(fd,*fds)： 從集合fds中添加指定的fd

FD_ISSET(fd,*fds)： 判斷fd是否屬於fds的集合

步驟以下

socket s; ..... fd_set set; while(1){ FD_ZERO(&set);                    //將你的套節字集合清空
FD_SET(s, &set);                 //加入你感興趣的套節字到集合,這裏是一個讀數據的套節字s
select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //檢查套節字是否可讀,
if(FD_ISSET(s, &set)            //檢查s是否在這個集合裏面,
{                               //select將更新這個集合,把其中不可讀的套節字去掉 //只保留符合條件的套節字在這個集合裏面
recv(s,...); } //do something here
}

 

假設fd_set長度爲1字節，fd_set中的每一位能夠對應一個文件描述符，那麼1字節最大能夠對應8個fd

   （1）執行fd_set set; FD_ZERO(&set);  則set用位爲0000,0000。
 （2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);     後set變爲 0001,0000(第5位置爲1)
 （3）若再加入fd＝2，fd=1 則set變爲 0001,0011
 （4）執行select(6,&set,0,0,0) 阻塞等待
 （5）若fd=1,fd=2                    上都發生可讀事件，則select返回，此時set變爲0000,0011。注意：沒有事件發生的fd=5被清空。

 

1.可監控描述符的個數取決與sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限能夠修改

3.將fd加入select監控集時，還須要一個array數組保存全部值

   由於每次select掃描以後，有信號的fd在集合中應被保留，但select將集合清空

   所以array數組能夠將活躍的fd存放起來，方便下次加入fd集合中

   對集合fe_set與array進行遍歷存儲，即全部fd都從新加入fd_set集合中

   另外活躍狀態在array中的值是1，非活躍狀態的值是0

4.具體過程看代碼會好理解

 

 

使用select函數的過程通常是：

    先調用宏FD_ZERO將指定的fd_set清零，而後調用宏FD_SET將須要測試的fd加入fd_set，

    接着調用函數select測試fd_set中的全部fd，最後用宏FD_ISSET檢查某個fd在函數select調用後，相應位是否仍然爲1

     複製粘貼的摘文排版起來真的是痛苦，我已經盡力排版了。。。

 

客戶端：

 

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服務器端口
#define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服務器地址

int main(){
  int sockfd;
  struct sockaddr_in addr;
  char msgbuffer[256];
  
  //建立套接字
  sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d\n",sockfd);

  //將服務器的地址和端口存儲於套接字結構體中
  bzero(&addr,sizeof(addr));
  addr.sin_family=AF_INET;
  addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
  addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
 
  //向服務器發送請求
  if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("connect successfully\n");
  
  //接收服務器返回的消息（注意這裏程序會被阻塞，也就是說只有服務器回覆信息，纔會繼續往下執行）
  recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    printf("%s\n",msgbuffer);
 
  while(1){
    //將鍵盤輸入的消息發送給服務器，而且從服務器中取得回覆消息
    bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      perror("ERROR");
   
    bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
   
    usleep(500000);
  } 
}

 

 

 

 

 服務端：

 

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服務端口
#define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大鏈接數量

int main(){
  int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
  struct sockaddr_in addr;
  int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
  char msgbuffer[256];
  char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
  fd_set fds;
  
  //建立套接字
  sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d\n",sockfd);

  //將本地端口和監聽地址信息保存到套接字結構體中
  bzero(&addr,sizeof(addr));
  addr.sin_family=AF_INET;
  addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
  addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
  
  //將套接字於端口號綁定
  if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);

  //開啓端口監聽
  if(listen(sockfd,3)>=0)
    printf("begin listenning...\n");

  //默認全部fd沒有被打開
  for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    is_connected[fd]=0;

  while(1){
    //將服務端套接字加入集合中
    FD_ZERO(&fds);
    FD_SET(sockfd,&fds);
    
    //將活躍的套接字加入集合中
    for(fd=0;fd<MAX;fd++)
      if(is_connected[fd])
        FD_SET(fd,&fds);

    //監視集合中的可讀信號，若是某個套接字有信號則繼續執行，此時集合中只有存在信號的套接字會被置爲1，其餘置爲0
    if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
      continue;

    //遍歷全部套接字判斷是否在屬於集合中的活躍套接字
    for(fd=0;fd<MAX;fd++){
      if(FD_ISSET(fd,&fds)){
        if(fd==sockfd){                             //若是套接字是服務端，那麼與客戶端accept創建鏈接
          connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
          write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其輸出歡迎語
          is_connected[connfd]=1;                   //對客戶端的fd對應下標將其設爲活躍狀態，方便下次調用
          printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
        }else{                                      //若是套接字是客戶端，讀取其信息並返回，若是讀取不到信息，凍結其套接字
          if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){  
            write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
            printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
          }else{
             is_connected[fd]=0;
             close(fd);
             printf("close connected\n");
          }
        }
      }
    }
  }
}