网络编程3

管道的性质

  1. 读缓冲区为空，read阻塞
  2. 写缓冲区为空，write阻塞
  3. 一端先close，另一端继续read，read不阻塞，立刻返回0
  4. 一端先close，另一端继续write，write会触发SIGPIPE信号，进程异常终止

socket和管道性质基本一致

socket的性质几乎和管道是一样的，唯一的区别是socket是全双工的。

写端先close，读端继续recv：recv不阻塞，返回0。

读端先close，写端后send：读端会接接收到第一次的send，随后关闭。

使用gdb

使用命令行：gdb --args  <./xxxx>  <ip>   <port>，

会开启gdb并且执行命令。

close

关闭文件描述符。具体类似于关闭管道。

基于tcp socket的即时聊天

实现的大致方式为：

 若使用：

while(1){read(stdin);……recv(通信socket)；
}

会导致串联式问题

需要改成并联式解决问题

使用select IO 多路复用。（也可以使用多线程解决，但是IO多路复用比多线程好的多）

select IO多路复用

同时等待多个资源就绪

  1. 设计一个数据结构 fd_set 用来接收监听集合
  2. FD_ZERO(&set) 初始化数据结构，同时将关注的资源加入 fd_set ——FD_SET()
  3. 操作系统内核做轮询，进程在等待 select()
  4. 有任何一个资源就绪了，轮询结束，返回一个就绪集合
  5. 进程根据就绪集合去做IO操作 FD_ISSET()

代码实现：

使用bzero()初始化buf，需要加入头文件#include <strings.h>

sever.c

#include <my_header.h>/* Usage:  */
int main(int argc, char *argv[]){                                  ARGS_CHECK(argc,3);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"bind");listen(sockfd,50);int netfd = accept(sockfd,NULL,NULL);char buf[4096];fd_set readset;//读集合while(1){FD_ZERO(&readset);//初始化FD_SET(STDIN_FILENO,&readset);//把stdin加入监听FD_SET(netfd,&readset);//把通信socket加入监听select(netfd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);//内核轮询，进程等待//有至少一个就绪//此时readset变成就绪队列if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&readset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));if(sret == 0){send(sockfd,"serve closed\n",12,0);printf("I will close connect\n");break;}send(netfd,buf,strlen(buf),0);}  if(FD_ISSET(netfd,&readset)){//对面来消息了或者对面断开了bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = recv(netfd,buf,sizeof(buf),0);if(sret == 0){printf("close connect\n");break;}printf("buf = %s\n",buf);}}close(sockfd);close(netfd);return 0;
}

client.c

#include <my_header.h>/* Usage:  */
int main(int argc, char *argv[]){                                  ARGS_CHECK(argc,3);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"connect");char buf[4096];fd_set readset;//读集合while(1){FD_ZERO(&readset);//初始化FD_SET(STDIN_FILENO,&readset);//把stdin加入监听FD_SET(sockfd,&readset);//把通信socket加入监听select(sockfd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);//内核轮询，进程等待//有至少一个就绪//此时readset变成就绪队列if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&readset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));if(sret == 0){send(sockfd,"client closed\n",13,0);printf("I will close connect\n");break;}send(sockfd,buf,strlen(buf),0);}if(FD_ISSET(sockfd,&readset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = recv(sockfd,buf,sizeof(buf),0);if(sret ==0){printf("close connect\n");break;}printf("buf =  %s\n",buf);}}close(sockfd);return 0;
}

服务端与客户端的大致代码一样，只需要做少量修改。可以复制一份在做更改即可。

vim文本更改技巧 :<n>,<m>s/<src>/<dec> 将第n行到第m行的src更改为dec

退出时，我们可以使用更加温和的方式，用ctrl + D实现退出。

Linux上 ctrl + D 是让recv就绪，并且返回值为0。

服务端主动退出

当退出后，短时间再次连接，主动退出的以访会进入TIME_WAIT状态，此状态下，bind函数会报错。socket库这样设计的原因是为了避免相同的四元组连接在短时间内断开又重连。实际上该设计过分严格，仅针对于bind，而我们在实现时，客户端并不使用bind，每次都是不同的ip与port，只有服务端使用了bind。

修改socket的属性

setsockopt(sockfd,level,optname,*optval,optlen)

这是一个函数，可以修改很多种类属性，不同种类的属性是不一样的

使用<man 7 socket>查询手册

在bind时无视TIME_WITE参数选项：（flag = 0/1，flag = 1允许重复使用本地址） 

optval 是参数的地址，optlen是参数的长度，用来支持多种类型。 

TIME_WITE状态依旧存在，只是在bind时无视掉了。

setsockopt()使用在服务端socket之后，bind之前

    int flag = 1;setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag));

 

断线重连

应用层的断线重连，A退出了，B不要立刻终止，而是等待A的重新连接。

accept的本质是一个读全连接队列的操作，accept的阻塞就绪可以由select监听。select除了监听数据，还可以用来监听发有没有新的连接到来。

几种情况

A的状态

  • 无连接状态（单身状态）：等待B连接。此时，select监听sockfd。
  • 通信状态（恋爱状态）：等待stdin、B发送数据。此时select监听stdin 和 netfd。

解除监听集合和就绪集合之间的耦合

把两个无关的东西扯在一起称为耦合，现在需要解除耦合

    while(1){memcpy(&readset,&monitorset,sizeof(fd_set));select(nfds,&readset,NULL,NULL,NULL);}

若服务器A与B通信时，此时C与服务器A，请求建立连接，是可以成功的，服务器A将C放入全连接队列但是不进行通信。这是因为建立连接是由操作系统内核完成的。等到客户端B终止了，就可以从全连接队列取出C进行通信。

当客户端断开连接

客户端B断开连接，netfd就绪，recv的返回值是0。

此时需要：

  • 重新监听sockfd
  • 取消监听netfd和stdin
  • 修改netfd == -1

代码实现

select()第一个参数不知道写什么可以写1024。

serve.c

#include <my_header.h>/* Usage:  */
int main(int argc, char *argv[]){                                  ARGS_CHECK(argc,3);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int flag = 1;setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag));int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"bind");listen(sockfd,50);char buf[4096];fd_set readyset;//就绪集合fd_set monitorset;//监听集合FD_ZERO(&monitorset);FD_SET(sockfd,&monitorset);int netfd = -1;while(1){//用监听集合覆盖就绪集合memcpy(&readyset,&monitorset,sizeof(fd_set));select(1024,&readyset,NULL,NULL,NULL);//sockfd就绪，此时accept不会zuseif(FD_ISSET(sockfd,&readyset)){netfd = accept(sockfd,NULL,NULL);printf("connect\n");//移除对sockfd的监听FD_CLR(sockfd,&monitorset);//增加对stdin以及netfd的监听FD_SET(STDIN_FILENO,&monitorset);FD_SET(netfd,&monitorset);}//stdin状态if(netfd != -1 && FD_ISSET(STDIN_FILENO,&readyset)){bzero(buf,sizeof(buf));read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));send(netfd,buf,strlen(buf),0);}//netfd就绪状态if(netfd != -1 && FD_ISSET(netfd,&readyset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = recv(netfd,buf,sizeof(buf),0);if(sret == 0){FD_CLR(netfd,&monitorset);FD_CLR(STDIN_FILENO,&monitorset);FD_SET(sockfd,&monitorset);close(netfd);netfd = -1;continue;}printf("%s\n",buf);}}close(sockfd);return 0;
}

client.c

#include <my_header.h>/* Usage:  */
int main(int argc, char *argv[]){                                  ARGS_CHECK(argc,3);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"connect");char buf[4096];fd_set readset;//读集合while(1){FD_ZERO(&readset);//初始化FD_SET(STDIN_FILENO,&readset);//把stdin加入监听FD_SET(sockfd,&readset);//把通信socket加入监听select(sockfd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);//内核轮询，进程等待//有至少一个就绪//此时readset变成就绪队列if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&readset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));if(sret == 0){send(sockfd,"client closed\n",13,0);printf("I will close connect\n");break;}send(sockfd,buf,strlen(buf),0);}if(FD_ISSET(sockfd,&readset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = recv(sockfd,buf,sizeof(buf),0);if(sret ==0){printf("close connect\n");break;}printf("buf =  %s\n",buf);}}close(sockfd);return 0;
}

 

群聊

模型

客户端实现同上的断线重连

服务端的几种监听状态：

  • 没有客户端，监听sockfd
  • 每连入一个客户端，监听对应的netfd，原来的sockfd依然保持监听
  • 客户端断开连接时，要取消监听相关的netfd

由于netfd将会由很多个，我们需要设计数据结构去管理它。

设计一个数组管理netfd

    int netfd[1024];//用netfd数组中的元素来存放所有的netfdint curidx = 0;//下一次进入netfd数组的元素的下标

写代码时，先考虑数据结构怎么处理、存储，接着就知道如何去进行增删改查了。 

        if(FD_ISSET(sockfd,&readyset)){netfd[curidx] = accept(sockfd,NULL,NULL);printf("curidx = %d, netfd = %d\n",curidx,netfd[curidx]);FD_SET(netfd[curidx],&monitorset);++curidx;}

在监听到sockfd连接时，使用下一个数组元素accept。

代码实现

sever.c

#include <my_header.h>/* Usage:  */
int main(int argc, char *argv[]){                                  ARGS_CHECK(argc,3);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int flag = 1;setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag));int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"bind");listen(sockfd,50);char buf[4096];fd_set readyset;//就绪集合fd_set monitorset;//监听集合//一直监听sockfdFD_ZERO(&monitorset);FD_SET(sockfd,&monitorset);int netfd[1024];//用netfd数组中的元素来存放所有的netfdint curidx = 0;//下一次进入netfd数组的元素的下标for(int i=0;i<1024;i++){netfd[i]=-1;}while(1){memcpy(&readyset,&monitorset,sizeof(fd_set));select(1024,&readyset,NULL,NULL,NULL);if(FD_ISSET(sockfd,&readyset)){netfd[curidx] = accept(sockfd,NULL,NULL);printf("curidx = %d, netfd = %d\n",curidx,netfd[curidx]);FD_SET(netfd[curidx],&monitorset);++curidx;}//已连接的客户端发消息for(int i=0;i<curidx;i++){//i号客户端来消息if(netfd[i]!=-1&&FD_ISSET(netfd[i],&readyset)){bzero(buf,sizeof(buf));ssize_t sret = recv(netfd[i],buf,sizeof(buf),0);if(sret == 0){printf("client disconnected i = %d, netfd = %d\n",i,netfd[i]);FD_CLR(netfd[i],&monitorset);close(netfd[i]);netfd[i] = -1;continue;}for(int j =0 ;j<curidx;j++){if(j!=i&&netfd[i] != -1){send(netfd[j],buf,strlen(buf),0);}}}}}close(sockfd);return 0;
}

 当然也可以使用删除，将退出netfd元素后所有元素前移。

产生错误处理方式

  1. 使用gdb复现bug   <gdb  --args   ./xxxxx>
  2. 查看错误提示
  3. bt 从上往下找到自己写的代码，分析修改

扩展

服务端超时踢人

如果客户端十秒没有通信，服务器将他踢掉。

timeout是一个传入传出参数，如果是固定的超时时间，把设置timeout放在循环里面。

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