編寫一個簡單的TCP服務端和客戶端

實驗環境是linux系統，效果如下：

1.啟動服務端程序，監聽在6666埠上

2.啟動客戶端，與服務端建立TCP連接

3.建立完TCP連接，在客戶端上向服務端發送消息

4.斷開連接

實現的功能很簡單，但是對於初來乍到的我費了不少勁，因此在此總結一下，如有錯點請各位大神指點指點

什麼是SOCKET（插口）：

這裡不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因為在《TCP/IP協議卷二》中，翻譯時也是用 "插口" 來表示socket的。

"套接字" 這詞不知道又是哪個教授級人物造出來的，聽起來總是很怪，雖然可以避免語義上的歧義，但不明顯。

對插口通俗的理解就是：它是一個可以用來輸入或者輸出的網路端，另一端也具有同樣相對應的操作。

具體其他高級的定義不是這裡的重點。值得說的是：

每個插口都可以標識某個程序通信的一端，通過系統調用使得程序與網路設備之間的交流連接起來。

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

如何標識一個SOCKET：

如上定義所述，可以通過地址，協議，埠三要素來確定一個通信端，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作等同於對描述符的讀寫操作，標識符可以用於：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

當我們使用新的描述符來創建socket時，他一般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.服務端開啟一個SOCKET（socket函數）

2.使用SOCKET綁定一個埠號（bind函數）

3.在這個埠號上開啟監聽功能（listen函數）

4.當有對端發送連接請求，向其發送ack+syn建立連接（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 和埠號發起連接（connect函數）

3.接收或者發送消息（send函數 recv函數）

如何並發處理：

如果按照以上流程實現其實並不難，但是有個缺陷，因為C語言是按順序單一流程運行，也就是說如果

直接在程序當中使用accept函數（建立連接）的話，那麼程序會阻塞在accept這裡，這是因為如果客戶端

一直沒有發送connect連接，那麼accept就無法得知客戶端的IP和埠，也就只能一直等待（阻塞）直到

有請求觸發繼續執行為止，這樣就導致如果同時多個客戶向服務端發送請求連接，那麼服務端只能按照

單一線程去處理第一個客戶端，無法開啟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，有興趣者可以看看

系統提供select函數來實現多路復用輸入/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);

所在的頭文件為：

#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。(註：不包括錯誤)

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

對於select函數的功能簡單的說就是對文件fd做一個測試。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所指向的結構設為非零時間 （等待固定時間：如果在指定的時間段里有事件發生或者時間耗盡，函數均返回）
3.timeout所指向的結構，時間設為0 （非阻塞：僅檢測描述符集合的狀態，然後立即返回，並不等待外部事件的發生）

返回值：

返回對應位仍然為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位仍然為1。

否則為0哦。舉個例子，比如recv, 在沒有數據到來調用它的時候,你的線程將被阻塞,如果數據一直不來,

你的線程就要阻塞很久.這樣顯然不好。所以採用select來查看套節字是否可讀(也就是是否有數據讀了) 。

現在,UNIX系統通常會在頭文件<sys/select.h>中定義常量FD_SETSIZE，它是數據類型fd_set的描述字數量，

其值通常是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，這裡就是套接字）

可以存放服務端的fd，有客戶端的fd。下面是對這個文件描述符集合的操作：

FD_ZERO(*fds)： 將fds設為空集

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

步驟如下

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,這裡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是否在這個集合裡面,
{ //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裡面
recv(s,...);
}
//do something here
}

假設fd_set長度為1位元組，fd_set中的每一位可以對應一個文件描述符，那麼1位元組最大可以對應8個fd

（1）執行fd_set set; FD_ZERO(&set); 則set用位為0000,0000。
（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set); 後set變為 0001,0000(第5位置為1)
（3）若再加入fd＝2，fd=1 則set變為 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變為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.文件描述符的上限可以修改

3.將fd加入select監控集時，還需要一個array數組保存所有值

因為每次select掃描之後，有信號的fd在集合中應被保留，但select將集合清空

因此array數組可以將活躍的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，即所有fd都重新加入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函數的過程一般是：

先調用宏FD_ZERO將指定的fd_set清零，然後調用宏FD_SET將需要測試的fd加入fd_set，

接著調用函數select測試fd_set中的所有fd，最後用宏FD_ISSET檢查某個fd在函數select調用後，相應位是否仍然為1

複製粘貼的摘文排版起來真的是痛苦，我已經儘力排版了。。。

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　　　　　　　　//伺服器埠
#define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　 //伺服器地址

int main{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
char msgbuffer[256];

//創建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
printf("open socket: %d
",sockfd);

//將伺服器的地址和埠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);

//向伺服器發送請求
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
printf("connect successfully
");

//接收伺服器返回的消息（注意這裡程序會被阻塞，也就是說只有伺服器回複信息，才會繼續往下執行）
recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
printf("%s
",msgbuffer);

while(1){
//將鍵盤輸入的消息發送給伺服器，並且從伺服器中取得回復消息
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
",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　　　　　　//本地服務埠
#define MAX 5 //最大連接數量

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;

//創建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
printf("open socket: %d
",sockfd);

//將本地埠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

//將套接字於埠號綁定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
printf("bind the port: %d
",LOCAL_PORT);

//開啟埠監聽
if(listen(sockfd,3)>=0)
printf("begin listenning...
");

//默認所有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，如果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為1，其他置為0
if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
continue;

//遍歷所有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){ //如果套接字是服務端，那麼與客戶端accept建立連接
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對應下標將其設為活躍狀態，方便下次調用
printf("connected from %s
",inet_ntoa(addr.sin_addr));
}else{ //如果套接字是客戶端，讀取其信息並返回，如果讀取不到信息，凍結其套接字
if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
printf("[read]: %s
",msgbuffer);
}else{
is_connected[fd]=0;
close(fd);
printf("close connected
");
}
}
}
}
}
}

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