一个简单的客户单与服务端程序

Posted 2020-12-05 ghzz

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）

 

 

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）

 

 

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）

 

 

 

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。

 

 

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

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

 

所在的头文件为：

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

 

    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。

    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：

 

    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）

    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）

    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）

 

   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：

 

 

FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
    
FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd

FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd

FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

 

步骤如下

 

socket s;
.....
fd_set set;
while(1){
FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
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
select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
{                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
                                //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
recv(s,...);
}
//do something here
}

 

 

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）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。

   （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)

   （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011

   （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待

   （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。

 

 

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：

 

#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　　　　　　　　//服务器端口
#define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
 
int main(){
  int sockfd;
  struct sockaddr_in addr;
  char msgbuffer[256];
   
  //创建套接字
  sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d
",sockfd);
 
  //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
  bzero(&addr,sizeof(addr));
  addr.sin_family=AF_INET;
  addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
  addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
  
  //向服务器发送请求
  if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("connect successfully
");
   
  //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）
  recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    printf("%s
",msgbuffer);
  
  while(1){
    //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
    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);
  }
}

 

 

 服务端：

 

#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　　　　　　//本地服务端口
#define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
 
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;
   
  //创建套接字
  sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d
",sockfd);
 
  //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
  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
   
  //将套接字于端口号绑定
  if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("bind the port: %d
",LOCAL_PORT);
 
  //开启端口监听
  if(listen(sockfd,3)>=0)
    printf("begin listenning...
");
 
  //默认所有fd没有被打开
  for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    is_connected[fd]=0;
 
  while(1){
    //将服务端套接字加入集合中
    FD_ZERO(&fds);
    FD_SET(sockfd,&fds);
     
    //将活跃的套接字加入集合中
    for(fd=0;fd<MAX;fd++)
      if(is_connected[fd])
        FD_SET(fd,&fds);
 
    //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
    if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
      continue;
 
    //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    for(fd=0;fd<MAX;fd++){
      if(FD_ISSET(fd,&fds)){
        if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
          connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
          write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
          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
          printf("connected from %s
",inet_ntoa(addr.sin_addr));
        }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
          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
");
          }
        }
      }
    }
  }
}