一、實驗目的

理解I/O多路複用技術的原理。

學會編寫基本的單執行緒併發伺服器程式和客戶程式。

二、實驗平臺

ubuntu-8.04作業系統

三、實驗內容

採用I/O多路複用技術實現單執行緒併發伺服器，完成使用一個執行緒處理併發客戶請求的功能。

四、實驗原理

除了可以採用多程序和多執行緒方法實現併發伺服器之外，還可以採用I/O多路複用技術。通過該技術，系統核心緩衝I/O資料，當某個I/O準備好後，系統通知應用程式該I/O可讀或可寫，這樣應用程式可以馬上完成相應的I/O操作，而不需要等待系統完成相應I/O操作，從而應用程式不必因等待I/O操作而阻塞。

與多程序和多執行緒技術相比，I/O多路複用技術的最大優勢是系統開銷小，系統不必建立程序

對於I/O複用典型的應用如下：

（1）當客戶處理多個描述字時（一般是互動式輸入和網路套介面），必須使用I/O複用。

（2）當一個客戶同時處理多個套介面時，而這種情況是可能的，但很少出現。

（3）如果一個TCP伺服器既要處理監聽套介面，又要處理已連線套介面，一般也要用到I/O複用。

（4）如果一個伺服器即要處理TCP，又要處理UDP，一般要使用I/O複用。

（5）如果一個伺服器要處理多個服務或多個協議，一般要使用I/O複用。

I/O複用呼叫select()或poll()函式，並在該函式上阻塞，等待資料報套介面可讀；當select()返回可讀條件時，呼叫

圖8.1 I/O多路複用工作過程

select()函式：

select()函式允許程序指示核心等待多個事件中的任意一個發生，並僅在一個或多個事件發生或經過指定的時間時才喚醒程序。這個函式的形式如下：

在上面的引數中可以看到一個timeval結構，這個結構可以提供秒數和毫秒數成員，形式如下：

structtimeval

{

long tv_sec; /second*/

long tv_usec; /*microsecond*/

}

這個timeval結構有以下3種可能：

（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字準備好I/O時才返回，因此可以將引數timeout設定為空指標。

（2）等待固定時間：在有一個描述字準備好I/O時返回，但不超過由timeout引數所指timeval結構中指定的秒數和微秒數。

（3）根本不用等待：檢查描述字後立即返回，這稱為輪詢（polling）。

在前兩種情況的等待中，如果程序捕獲了一個訊號並從訊號處理程式返回，那麼等待一般被中斷。

引數readset、writeset和execeptset指定讓核心測試讀、寫、異常條件的描述字。如果我們對它們不感興趣，可將其設為空指標。

select()函式使用描述字集為引數readset（writeset或exceptset）指定多個描述字，描述字集是一個整數陣列，每個數中的每一個對應於一個描述字，例如32位整數，則陣列的第一個元素對應於0～31描述字，第二個元素對應於32～63描述字等。

引數readset、writeset、exceptset為值—結果引數，呼叫select時，指定我們所關心的描述字，返回時結果指示那些描述字已準備好。

引數maxfdp1指定被測試的描述字的個數，它是被測試的最大描述字加1。如要測試1，2，4描述字，則必須測試0，1，2，3，4共5個描述字。

採用select()函式實現I/O多路複用的基本步驟如下：

（1）清空描述符集合；

（2）建立需要監視的描述符與描述符集合的聯絡；

（3）呼叫select()函式；

（4）檢查所有需要監視的描述符，利用FD_ISSET巨集判斷是否已經準備好；

（5）對已經準備好的描述符進行I/O操作。

五、實驗步驟

1、登陸進入ubuntu作業系統，新建一個檔案，命名為io.c。

2、在io.c中編寫相應程式碼並儲存，作為伺服器端程式。客戶端程式程式碼同上次的mproc_client.c一致，部落格地址：http://blog.csdn.net/yueguanghaidao/article/details/7060350

3、開啟一個“終端”，執行命令進入io.c和mproc_client.c所在目錄。

4、執行命令g++ –oioio.c生成可執行檔案io。

5、執行命令./io，執行伺服器端。

6、開啟第2個“終端”，執行命令進入io.c和mproc_client.c所在目錄。

7、執行命令./mproc_client127.0.0.1，模擬客戶1。

8、開啟第3個“終端”，執行命令進入io.c和mproc_client.c所在目錄。

9、執行命令./mproc_client127.0.0.1，模擬客戶2。

10、程式執行結果如下：

伺服器端：

客戶1：

客戶2：

11、在客戶端按下Ctrl+D，關閉客戶連線。

12、認真分析原始碼，體會單執行緒併發伺服器程式和客戶程式的編寫。

六、參考程式（io.c）

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <string.h>
4. #include <unistd.h>
5. #include<sys/types.h>
6. #include<sys/socket.h>
7. #include<netinet/in.h>
8. #include<arpa/inet.h>
9. #include<sys/time.h>
10. #define PORT 1234
11. #define BACKLOG 5
12. #define MAXDATASIZE  1000
13. typedefstruct {  
14. int fd;  
15. char  *name;  
16. struct  sockaddr_in   addr;  
17. char *data;  
18. }CLIENT;  
19. void  process_cli(CLIENT  *client, char* recvbuf, int len);  
20. void savedata(char*recvbuf, int len, char* data);  
21. main()  
22. {  
23. int i, maxi,maxfd,sockfd;  
24. int nready;  
25. ssize_t  n;  
26. fd_set  rset, allset;  
27. int listenfd,connectfd;  
28. struct sockaddr_in  server;  
29. CLIENT  client[FD_SETSIZE];  
30. char recvbuf[MAXDATASIZE];  
31. socklen_t  sin_size;  
32. if ((listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {  
33. perror("Creatingsocket failed.");  
34. exit(1);  
35. }  
36. int opt =SO_REUSEADDR;  
37. setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));  
38. bzero(&server,sizeof(server));  
39. server.sin_family=AF_INET;  
40. server.sin_port=htons(PORT);  
41. server.sin_addr.s_addr= htonl (INADDR_ANY);  
42. if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {  
43. perror("Bind()error.");  
44. exit(1);  
45. }  
46. if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1){  
47. perror("listen()error\n");  
48. exit(1);  
49. }  
50. sin_size=sizeof(struct   sockaddr_in);  
51. maxfd = listenfd;  
52. maxi = -1;  
53. for (i = 0; i <FD_SETSIZE; i++) {  
54. client[i].fd =-1;  
55. }  
56. FD_ZERO(&allset);  
57. FD_SET(listenfd,&allset);  
58. while(1)  
59. {  
60. struct sockaddr_in   addr;  
61. rset = allset;  
62. nready =select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);  
63. if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) {  
64. if ((connectfd =accept(listenfd,(struct sockaddr *)&addr,&sin_size))==-1) {  
65. perror("accept() error\n");  
66. continue;  
67. }  
68. for (i = 0; i <FD_SETSIZE; i++)  
69. if(client[i].fd < 0) {  
70. client[i].fd = connectfd;  
71. client[i].name = newchar[MAXDATASIZE];  
72. client[i].addr = addr;  
73. client[i].data = newchar[MAXDATASIZE];  
74. client[i].name[0] = '\0';  
75. client[i].data[0] = '\0';  
76. printf("You got a connection from %s. ",inet_ntoa(client[i].addr.sin_addr) );  
77. break;  
78. }  
79. if (i ==FD_SETSIZE) printf("too many clients\n");  
80. FD_SET(connectfd, &allset);  
81. if (connectfd> maxfd) maxfd = connectfd;  
82. if (i >maxi) maxi = i;  
83. if (--nready<= 0) continue;  
84. }  
85. for (i = 0; i <=maxi; i++) {  
86. if ( (sockfd= client[i].fd) < 0) continue;  
87. if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {  
88. if ( (n =recv(sockfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) == 0) {  
89. close(sockfd);  
90. printf("Client( %s ) closed connection. User's data:%s\n",client[i].name,client[i].data);  
91. FD_CLR(sockfd, &allset);  
92. client[i].fd = -1;  
93. delete  client[i].name;  
94. delete  client[i].data;  
95. }  
96. else
97. process_cli(&client[i], recvbuf, n);  
98. if(--nready <= 0) break;  
99. }  
100. }  
101. }  
102. close(listenfd);  
103. }  
104. void process_cli(CLIENT *client, char* recvbuf, int len)  
105. {  
106. char  sendbuf[MAXDATASIZE];  
107. recvbuf[len-1] ='\0';  
108. if(strlen(client->name) == 0) {  
109. memcpy(client->name,recvbuf, len);  
110. printf("Client'sname is %s.\n",client->name);  
111. return;  
112. }  
113. printf("Receivedclient( %s ) message: %s\n",client->name, recvbuf);  
114. savedata(recvbuf,len,client->data);  
115. for (int i1 = 0; i1< len - 1; i1++) {  
116. sendbuf[i1] =recvbuf[len - i1 -2];  
117. }  
118. sendbuf[len - 1] ='\0';  
119. send(client->fd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);  
120. }  
121. void savedata(char  *recvbuf, int len, char   *data)  
122. {  
123. int start =strlen(data);  
124. for (int i = 0; i <len; i++) {  
125. data[start + i]= recvbuf[i];  
126. }  
127. }