linux下socket程式設計實現一個伺服器連線多個客戶端
使用socekt通訊一般步驟
1）伺服器端：socker()建立套接字，繫結（bind）並監聽（listen），用accept（）等待客戶端連線。
2）客戶端：socker()建立套接字，連線（connect）伺服器，連線上後使用send()和recv（），在套接字上寫讀資料，直至資料交換完畢，close()關閉套接字。
在Linux中，我們可以使用select函式實現I/O埠的複用，傳遞給 select函式的引數會告訴核心：
•我們所關心的檔案描述符
•對每個描述符，我們所關心的狀態。(我們是要想從一個檔案描述符中讀或者寫，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函式返回後，核心告訴我們一下資訊：
•對我們的要求已經做好準備的描述符的個數
•對於三種條件哪些描述符已經做好準備.(讀，寫，異常)
有了這些返回資訊，我們可以呼叫合適的I/O函式(通常是 read 或 write)，並且這些函式不會再阻塞.
select函式原型如下：
int select (int maxfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
select系統呼叫是用來讓我們的程式監視多個檔案控制代碼(socket 控制代碼)的狀態變化的。程式會停在select這裡等待，直到被監視的檔案控制代碼有一個或多個發生了狀態改變。返回：做好準備的檔案描述符的個數，超時為0，錯誤為 -1.
首先我們先看一下最後一個引數。它指明我們要等待的時間：
[cpp] view plain copy
- struct timeval{
- long tv_sec; /*秒 */
- long tv_usec; /*微秒 */
- }
有三種情況：
timeout == NULL 等待無限長的時間。等待可以被一個訊號中斷。當有一個描述符做好準備或者是捕獲到一個訊號時函式會返回。如果捕獲到一個訊號， select函式將返回 -1,並將變數 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檔案描述符狀態。
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，函式返回。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，等待也會被訊號所中斷。
中間的三個引數 readset, writset, exceptset,指向描述符集。這些引數指明瞭我們關心哪些描述符，和需要滿足什麼條件(可寫，可讀，異常)。一個檔案描述集儲存在 fd_set 型別中。fd_set型別變數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位制位構成的陣列。如下圖所示：
對於 fd_set型別的變數我們所能做的就是宣告一個變數，為變數賦一個同種型別變數的值，或者使用以下幾個巨集來控制它：
[cpp] view plain copy
- #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巨集將一個 fd_set型別變數的所有位都設為 0，使用FD_SET將變數的某個位置位。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。
當聲明瞭一個檔案描述符集後，必須用FD_ZERO將所有位置零。之後將我們所感興趣的描述符所對應的位置位，操作如下：
[cpp] view plain copy
- fd_set rset;
- int fd;
- FD_ZERO(&rset);
- FD_SET(fd, &rset);
- FD_SET(stdin, &rset);
select返回後，用FD_ISSET測試給定位是否置位：
[cpp] view plain copy
- if(FD_ISSET(fd, &rset)
- { ... }
具體解釋select的引數：
（1）intmaxfdp是一個整數值，是指集合中所有檔案描述符的範圍，即所有檔案描述符的最大值加1，不能錯。
說明：對於這個原理的解釋可以看上邊fd_set的詳細解釋，fd_set是以點陣圖的形式來儲存這些檔案描述符。maxfdp也就是定義了點陣圖中有效的位的個數。
（2）fd_set*readfds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的讀變化的，即我們關心是否可以從這些檔案中讀取資料了，如果這個集合中有一個檔案可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可讀；如果沒有可讀的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，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，表示不關心任何檔案的讀變化。
（3）fd_set*writefds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的寫變化的，即我們關心是否可以向這些檔案中寫入資料了，如果這個集合中有一個檔案可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可寫，如果沒有可寫的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，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，表示不關心任何檔案的寫變化。
（4）fd_set*errorfds同上面兩個引數的意圖，用來監視檔案錯誤異常檔案。
（5）structtimeval* timeout是select的超時時間，這個引數至關重要，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，一定等到監視檔案描述符集合中某個檔案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式，不管檔案描述符是否有變化，都立刻返回繼續執行，檔案無變化返回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，否則在超時後不管怎樣一定返回，返回值同上述。
說明：
函式返回：
（1）當監視的相應的檔案描述符集中滿足條件時，比如說讀檔案描述符集中有資料到來時，核心(I/O)根據狀態修改檔案描述符集，並返回一個大於0的數。
（2）當沒有滿足條件的檔案描述符，且設定的timeval監控時間超時時，select函式會返回一個為0的值。
（3）當select返回負值時，發生錯誤。
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位元組，fd_set中的每一bit可以對應一個檔案描述符fd。則1位元組長的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);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。
基於上面的討論，可以輕鬆得出select模型的特點：
（1)可監控的檔案描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊伺服器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個檔案描述符，則我伺服器上支援的最大檔案描述符是512*8=4096。據說可調，另有說雖然可調，但調整上限受於編譯核心時的變數值。
（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個數據結構array儲存放到select監控集中的fd，一是用於再select返回後，array作為源資料和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後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的第一個引數。
（3）可見select模型必須在select前迴圈array（加fd，取maxfd），select返回後迴圈array（FD_ISSET判斷是否有時間發生）。
伺服器程式碼：
[cpp] view plain copy
- #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的佇列的長度
- #define CONCURRENT_MAX 8 //應用層同時可以處理的連線
- #define SERVER_PORT 11332
- #define BUFFER_SIZE 1024
- #define QUIT_CMD ".quit"
- int client_fds[CONCURRENT_MAX];
- int main(int argc, const char * argv[])
- {
- char input_msg[BUFFER_SIZE];
- char recv_msg[BUFFER_SIZE];
- //本地地址
- 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);
- //建立socket
- int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
- if(server_sock_fd == -1)
- {
- perror("socket error");
- return 1;
- }
- //繫結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;
- int max_fd = -1;
- struct timeval tv; //超時時間設定
- 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)
- {
- max_fd = STDIN_FILENO;
- }
- //printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO);
- //伺服器端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;
- }
- //客戶端連線
- 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檔案描述符的個數
- if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set))
- {
- printf("傳送訊息：\n");
- bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);
- fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);
- //輸入“.quit"則退出伺服器
- 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))
- {
- //有新的連線請求
- 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, "伺服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("客戶端連線數達到最大值，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訊息
- 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)接受訊息出錯.\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;
- }
客戶端程式碼：
[cpp] view plain copy
- #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("傳送訊息出錯!\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("伺服器:%s\n", recv_msg);
- }
- else if(byte_num < 0)
- {
- printf("接受訊息出錯!\n");
- }
- else
- {
- printf("伺服器端退出!\n");
- exit(0);
- }
- }
- }
- //}
- }
- return 0;
- }
在linux下操作：
新建三個檔案 server.cpp android_client.cpp web_clinet.cpp，一個伺服器，兩個客戶端，客戶端程式碼一樣。將程式碼複製到對應檔案。
開始編譯：
g++ -o server server.cpp
g++ -o android_client android_client.cpp
g++ -o web_clinet web_clinet.cpp
執行：
./server
./android_client
./web_clinet
結果顯示伺服器加