通過網絡查找資料得到的都是一些零碎不成體系的知識點，無法融會貫通。而且需要篩選有用的信息，這需要花費大量的時間。所以把寫代碼過程中用到的相關知識的博客鏈接附在用到的位置，方便回顧。
1.程序流程
- 服務器端：socker()建立套接字，綁定（bind）並監聽（listen），用accept（）等待客戶端連接。
- 客戶端：socker()建立套接字，連接（connect）服務器，連接上后使用send()和recv（），在套接字上寫讀數據，直至數據交換完畢，close()關閉套接字。
2.實現
具體實現上使用select函數Linux Select
在收發信息的時候，端口是會被占用的，也就是處於阻塞狀態。例如這個例子UDP 組播 實例，只能實現一對一的通信。
在Linux中，我們可以使用select函數實現I/O端口的復用，傳遞給 select函數的參數會告訴內核：
-
我們所關心的文件描述符
-
對每個描述符，我們所關心的狀態。(我們是要想從一個文件描述符中讀或者寫，還是關注一個描述符中是否出現異常)
-
我們要等待多長時間。(我們可以等待無限長的時間，等待固定的一段時間，或者根本就不等待)
從 select函數返回后，內核告訴我們一下信息：
-
對我們的要求已經做好准備的描述符的個數
-
對於三種條件哪些描述符已經做好准備.(讀，寫，異常)
有了這些返回信息，我們可以調用合適的I/O函數(通常是 read 或 write)，並且這些函數不會再阻塞.
select函數介紹
select函數原型如下：
int select (int maxfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
select系統調用是用來讓我們的程序監視多個文件句柄(socket 句柄)的狀態變化的。程序會停在select這里等待，直到被監視的文件句柄有一個或多個發生了狀態改變。返回：做好准備的文件描述符的個數，超時為0，錯誤為 -1.
具體參數的解釋
- intmaxfdp是一個整數值，是指集合中所有文件描述符的范圍，即所有文件描述符的最大值加1，不能錯。
說明：對於這個原理的解釋可以看下邊fd_set的詳細解釋，fd_set是以位圖的形式來存儲這些文件描述符。maxfdp也就是定義了位圖中有效的位的個數。
-
fd_set*readfds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，我們是要監視這些文件描述符的讀變化的，即我們關心是否可以從這些文件中讀取數據了，如果這個集合中有一個文件可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可讀；如果沒有可讀的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何文件的讀變化。
-
fd_set*writefds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，我們是要監視這些文件描述符的寫變化的，即我們關心是否可以向這些文件中寫入數據了，如果這個集合中有一個文件可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可寫，如果沒有可寫的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何文件的寫變化。
-
fd_set*errorfds同上面兩個參數的意圖，用來監視文件錯誤異常文件。
-
structtimeval* timeout是select的超時時間，這個參數至關重要，它可以使select處於三種狀態，第一，若將NULL以形參傳入，即不傳入時間結構，就是將select置於阻塞狀態，一定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化為止；第二，若將時間值設為0秒0毫秒，就變成一個純粹的非阻塞函數，不管文件描述符是否有變化，都立刻返回繼續執行，文件無變化返回0，有變化返回一個正值；第三，timeout的值大於0，這就是等待的超時時間，即 select在timeout時間內阻塞，超時時間之內有事件到來就返回了，否則在超時后不管怎樣一定返回，返回值同上述。
詳細解釋
首先我們先看一下最后一個參數。它指明我們要等待的時間：
struct timeval{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
}
tv_sec 代表多少秒
tv_usec 代表多少微秒 1000000 微秒 = 1秒
有三種情況：
timeout == NULL 等待無限長的時間。等待可以被一個信號中斷。當有一個描述符做好准備或者是捕獲到一個信號時函數會返回。如果捕獲到一個信號， select函數將返回 -1,並將變量 erro設為 EINTR。
timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待，直接返回。加入描述符集的描述符都會被測試，並且返回滿足要求的描述符的個數。這種方法通過輪詢，無阻塞地獲得了多個文件描述符狀態。
timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的時間。當有描述符符合條件或者超過超時時間的話，函數返回。在超時時間即將用完但又沒有描述符合條件的話，返回 0。對於第一種情況，等待也會被信號所中斷。
中間的三個參數 readset, writset, exceptset,指向描述符集。這些參數指明了我們關心哪些描述符，和需要滿足什么條件(可寫，可讀，異常)。一個文件描述集保存在 fd_set 類型中。fd_set類型變量每一位代表了一個描述符。我們也可以認為它只是一個由很多二進制位構成的數組。如下圖所示：
Linux: fd_set用法
對於 fd_set類型的變量我們所能做的就是聲明一個變量，為變量賦一個同種類型變量的值，或者使用以下幾個宏來控制它：
#include <sys/select.h>
int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset);
int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
FD_ZERO宏將一個 fd_set類型變量的所有位都設為 0，使用FD_SET將變量的某個位置位。清除某個位時可以使用 FD_CLR，我們可以使用FD_ISSET來測試某個位是否被置位。
當聲明了一個文件描述符集后，必須用FD_ZERO將所有位置零。之后將我們所感興趣的描述符所對應的位置位，操作如下：
fd_set rset;
int fd;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(fd, &rset);
FD_SET(stdin, &rset);
select返回后，用FD_ISSET測試給定位是否置位：
if(FD_ISSET(fd, &rset)
{ ... }
關於select模型
理解select模型的關鍵在於理解fd_set,為說明方便，取fd_set長度為1字節，fd_set中的每一bit可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。
（1）執行fd_set set;FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);后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。
基於上面的討論，可以輕松得出select模型的特點：
（1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個文件描述符，則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。據說可調，另有說雖然可調，但調整上限受於編譯內核時的變量值。
（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd，一是用於再select返回后，array作為源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回后會把以前加入的但並無事件發生的fd清空，則每次開始 select前都要重新從array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），掃描array的同時取得fd最大值maxfd，用於select的第一個參數。
（3）可見select模型必須在select前循環array（加fd，取maxfd），select返回后循環array（FD_ISSET判斷是否有時間發生）。
這種實現方式是有缺點的，一是能監聽的端口數量有限，二是采用輪詢的方法當套接字多了以后效率很低。三是需要有一個存儲大量fd的數據結構，用戶空間和內核空間在傳遞該結構時復制開銷大
關於上面所說的I/O，select相關的問題這篇博客說的很明白Linux Select
網絡字節轉換inet_aton、inet_nota、inet_addr
C++基礎--htons(),htonl(),ntohs(),ntohl()
3.實現代碼
Socket原理及實踐（Java/C/C++)
sockaddr詳解
C語言網絡編程：bind函數詳解
c++ Socket學習——使用listen(),accept(),write(),read()函數
STDIN_FILENO
C語言文件操作之fgets（）因為gets()的不安全，所以使用fgets（）代替
socklen_t 類型
socket編程之accept()函數
服務器端：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#define BACKLOG 5 //完成三次握手但沒有accept的隊列的長度
#define CONCURRENT_MAX 8 //應用層同時可以處理的連接
#define SERVER_PORT 11332
#define BUFFER_SIZE 1024
#define QUIT_CMD ".quit"
int client_fds[CONCURRENT_MAX]; //聲明一個數組來存儲狀態
int main(int argc, const char * argv[])
{
char input_msg[BUFFER_SIZE]; //限定最大值
char recv_msg[BUFFER_SIZE];
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);
//創建socket
int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(server_sock_fd == -1)
{
perror("socket error");
return 1;
}
//綁定socket
int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if(bind_result == -1)
{
perror("bind error");
return 1;
}
//listen
if(listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1)
{
perror("listen error");
return 1;
}
//fd_set
fd_set server_fd_set; /*fd_set實際上是一long類型的數組，每一個數組元素都能與一打開的文件句柄 (不管是socket句柄，還是其他文件或命名管道或設備句柄) 建立聯系，建立聯系的工作由程序員完成，當調用select()時，由內核根據IO狀態修改fe_set的內容，由此來通知執行了select()的進程哪一socket或文件可讀。*/
int max_fd = -1;
struct timeval tv; //超時時間設置
while(1)
{
tv.tv_sec = 20;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO(&server_fd_set);
FD_SET(STDIN_FILENO, &server_fd_set);
if(max_fd <STDIN_FILENO) //STDIN_FILENO 標准輸入設備的文件描述符（鍵盤）
{
max_fd = STDIN_FILENO;
}
//printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO);
//服務器端socket
FD_SET(server_sock_fd, &server_fd_set);
// printf("server_sock_fd=%d\n", server_sock_fd);
if(max_fd < server_sock_fd)
{
max_fd = server_sock_fd;
}
//客戶端連接
for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)
{
//printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]);
if(client_fds[i] != 0)
{
FD_SET(client_fds[i], &server_fd_set);
if(max_fd < client_fds[i])
{
max_fd = client_fds[i];
}
}
}
int ret = select(max_fd + 1, &server_fd_set, NULL, NULL, &tv);
if(ret < 0)
{
perror("select 出錯\n");
continue;
}
else if(ret == 0)
{
printf("select 超時\n");
continue;
}
else
{
//ret 為未狀態發生變化的文件描述符的個數
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set))
{
printf("發送消息：\n");
bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);
fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);
//輸入“.quit"則退出服務器
if(strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0)
{
exit(0);
}
for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)
{
if(client_fds[i] != 0)
{
printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]);
send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0);
}
}
}
if(FD_ISSET(server_sock_fd, &server_fd_set))
{
//有新的連接請求
struct sockaddr_in client_address;
socklen_t address_len;
int client_sock_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);
printf("new connection client_sock_fd = %d\n", client_sock_fd);
if(client_sock_fd > 0)
{
int index = -1;
for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)
{
if(client_fds[i] == 0)
{
index = i;
client_fds[i] = client_sock_fd;
break;
}
}
if(index >= 0)
{
printf("新客戶端(%d)加入成功 %s:%d\n", index, inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));
}
else
{
bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);
strcpy(input_msg, "服務器加入的客戶端數達到最大值,無法加入!\n");
send(client_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);
printf("客戶端連接數達到最大值，新客戶端加入失敗 %s:%d\n", inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));
}
}
}
for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)
{
if(client_fds[i] !=0)
{
if(FD_ISSET(client_fds[i], &server_fd_set))
{
//處理某個客戶端過來的消息
bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);
long byte_num = recv(client_fds[i], recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);
if (byte_num > 0)
{
if(byte_num > BUFFER_SIZE)
{
byte_num = BUFFER_SIZE;
}
recv_msg[byte_num] = '\0';
printf("客戶端(%d):%s\n", i, recv_msg);
}
else if(byte_num < 0)
{
printf("從客戶端(%d)接受消息出錯.\n", i);
}
else
{
FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set);
client_fds[i] = 0;
printf("客戶端(%d)退出了\n", i);
}
}
}
}
}
}
return 0;
}
客戶端
connect函數詳解
Linux下Socket網絡編程send和recv使用注意事項
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 1024
int main(int argc, const char * argv[])
{
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(11332);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);
int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(server_sock_fd == -1)
{
perror("socket error");
return 1;
}
char recv_msg[BUFFER_SIZE];
char input_msg[BUFFER_SIZE];
if(connect(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == 0)
{
fd_set client_fd_set;
struct timeval tv;
while(1)
{
tv.tv_sec = 20;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO(&client_fd_set);
FD_SET(STDIN_FILENO, &client_fd_set);
FD_SET(server_sock_fd, &client_fd_set);
select(server_sock_fd + 1, &client_fd_set, NULL, NULL, &tv);
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &client_fd_set))
{
bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);
fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);
if(send(server_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0) == -1)
{
perror("發送消息出錯!\n");
}
}
if(FD_ISSET(server_sock_fd, &client_fd_set))
{
bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);
long byte_num = recv(server_sock_fd, recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);
if(byte_num > 0)
{
if(byte_num > BUFFER_SIZE)
{
byte_num = BUFFER_SIZE;
}
recv_msg[byte_num] = '\0';
printf("服務器:%s\n", recv_msg);
}
else if(byte_num < 0)
{
printf("接受消息出錯!\n");
}
else
{
printf("服務器端退出!\n");
exit(0);
}
}
}
//}
}
return 0;
}