Linux下网络socket编程——实现服务器（select）与多个客户端通信

一、关于socket通信

服务器端工作流程：

调用 socket() 函数创建套接字用 bind() 函数将创建的套接字与服务端IP地址绑定
调用listen()函数监听socket() 函数创建的套接字，等待客户端连接当客户端请求到来之后
调用 accept()函数接受连接请求，返回一个对应于此连接的新的套接字，做好通信准备
调用 write()/read() 函数和 send()/recv()函数进行数据的读写，通过 accept() 返回的套接字和客户端进行通信关闭socket（close）

客户端工作流程：

调用 socket() 函数创建套接字
调用 connect() 函数连接服务端
调用write()/read() 函数或者 send()/recv() 函数进行数据的读写
关闭socket(close)

二、用select实现服务器端编程：

select函数楼主在之前文章中（select函数用法）已经提及，不在多做缀述。下面贴上服务器端代码servce.c

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#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h> //for souockaddr_in

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>

//for select

#include <sys/time.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/select.h>

#include <strings.h> //for bzero

#include <string.h>

#define BUFF_SIZE 1024

#define backlog 7

#define ser_port 11277

#define CLI_NUM 3

int client_fds[CLI_NUM];

int main(int agrc,char **argv)

{

int ser_souck_fd;

int i;

char input_message[BUFF_SIZE];

char resv_message[BUFF_SIZE];

struct sockaddr_in ser_addr;

ser_addr.sin_family= AF_INET; //IPV4

ser_addr.sin_port = htons(ser_port);

ser_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //指定的是所有地址

//creat socket

if( (ser_souck_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0 )

{

perror("creat failure");

return -1;

}

//bind soucket

if(bind(ser_souck_fd, (const struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr)) < 0)

{

perror("bind failure");

return -1;

}

//listen

if(listen(ser_souck_fd, backlog) < 0)

{

perror("listen failure");

return -1;

}

//fd_set

fd_set ser_fdset;

int max_fd=1;

struct timeval mytime;

printf("wait for client connnect!\n");

while(1)

{

mytime.tv_sec=27;

mytime.tv_usec=0;

FD_ZERO(&ser_fdset);

//add standard input

FD_SET(0,&ser_fdset);

if(max_fd < 0)

{

max_fd=0;

}

//add serverce

FD_SET(ser_souck_fd,&ser_fdset);

if(max_fd < ser_souck_fd)

{

max_fd = ser_souck_fd;

}

//add client

for(i=0;i<CLI_NUM;i++) //用数组定义多个客户端fd

{

if(client_fds[i]!=0)

{

FD_SET(client_fds[i],&ser_fdset);

if(max_fd < client_fds[i])

{

max_fd = client_fds[i];

}

//select多路复用

int ret = select(max_fd + 1, &ser_fdset, NULL, NULL, &mytime);

if(ret < 0)

{

perror("select failure\n");

continue;

}

else if(ret == 0)

{

printf("time out!");

continue;

}

else

{

if(FD_ISSET(0,&ser_fdset)) //标准输入是否存在于ser_fdset集合中（也就是说，检测到输入时，做如下事情）

{

printf("send message to");

bzero(input_message,BUFF_SIZE);

fgets(input_message,BUFF_SIZE,stdin);

for(i=0;i<CLI_NUM;i++)

{

if(client_fds[i] != 0)

{

printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]);

send(client_fds[i], input_message, BUFF_SIZE, 0);

}

if(FD_ISSET(ser_souck_fd, &ser_fdset))

{

struct sockaddr_in client_address;

socklen_t address_len;

int client_sock_fd = accept(ser_souck_fd,(struct sockaddr *)&client_address, &address_len);

if(client_sock_fd > 0)

{

int flags=-1;

//一个客户端到来分配一个fd，CLI_NUM=3，则最多只能有三个客户端，超过4以后跳出for循环，flags重新被赋值为-1

for(i=0;i<CLI_NUM;i++)

{

if(client_fds[i] == 0)

{

flags=i;

client_fds[i] = client_sock_fd;

break;

}

if (flags >= 0)

{

printf("new user client[%d] add sucessfully!\n",flags);

}

else //flags=-1

{

char full_message[]="the client is full!can't join!\n";

bzero(input_message,BUFF_SIZE);

strncpy(input_message, full_message,100);

send(client_sock_fd, input_message, BUFF_SIZE, 0);

}

//deal with the message

for(i=0; i<CLI_NUM; i++)

{

if(client_fds[i] != 0)

{

if(FD_ISSET(client_fds[i],&ser_fdset))

{

bzero(resv_message,BUFF_SIZE);

int byte_num=read(client_fds[i],resv_message,BUFF_SIZE);

if(byte_num > 0)

{

printf("message form client[%d]:%s\n", i, resv_message);

}

else if(byte_num < 0)

{

printf("rescessed error!");

}

//某个客户端退出

else //cancel fdset and set fd=0

{

printf("clien[%d] exit!\n",i);

FD_CLR(client_fds[i], &ser_fdset);

client_fds[i] = 0;

// printf("clien[%d] exit!\n",i);

continue; //这里如果用break的话一个客户端退出会造成服务器也退出。

}

return 0;

}

select实现多路复用，多路复用，顾名思义，就是说各做各的事，标准输入事件到来，有相关函数处理。服务器处理服务器的事件，客户端到来时有相关函数对其进行处理，通过select遍历各fd的读写情况，就不用担心阻塞了。

三、用epoll实现客户端编程：

1、客户端程序（epoll_client.c）：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<netinet/in.h>

#include<sys/socket.h>

#include<arpa/inet.h>

#include<string.h>

#include<unistd.h>

#include <sys/epoll.h>

#include <errno.h>

#include <fcntl.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main(int argc, const char * argv[])

{

int i,n;

int connfd,sockfd;

struct epoll_event ev,events[20]; //ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件

int epfd=epoll_create(256);//创建一个epoll的句柄，其中256为你epoll所支持的最大句柄数

struct sockaddr_in client_addr;

struct sockaddr_in server_addr;

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_port = htons(11277);

server_addr.sin_addr.s_addr =INADDR_ANY;

bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);

int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

ev.data.fd=server_sock_fd;//设置与要处理的事件相关的文件描述符

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//设置要处理的事件类型

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,server_sock_fd,&ev);//注册epoll事件

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)

{

for(;;)

{

int nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);//等待epoll事件的发生

for(i=0;i<nfds;++i)

{

if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据发送，写socket

{

bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);

fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);

sockfd = events[i].data.fd;

write(sockfd, recv_msg, n);

ev.data.fd=sockfd;

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&ev);

}

else if(events[i].events&EPOLLIN)//有数据到来，读socket

{

bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);

if((n = read(server_sock_fd, recv_msg, BUFFER_SIZE)) <0 )

{

printf("read error!");

}

ev.data.fd=server_sock_fd;

ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;

printf("%s\n",recv_msg);

}

return 0;

}

2、关于epoll函数：

相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文件有这样的声明：
#define __FD_SETSIZE 1024
表示select最多同时监听1024个fd

一共三个函数：

1 2	`1、` `int` `epoll_create (int` `size);` `创建一个epoll的句柄`

size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

1	`2、` `int` `epoll_ctl (int` `epfd ,` `int` `op,` `int` `fd,` `struct` `epoll_event *event);`

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；

EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；

EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

第三个参数是需要监听的fd

第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

struct epoll_event

{

__uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

typedef union epoll_data

{

void *ptr;

int fd;

__uint32_t u32;

__uint64_t u64;

} epoll_data_t;

events可以是以下几个宏的集合：

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

1	`3、` `int` `epoll_wait(int` `epfd,` `struct` `epoll_event * events,` `int` `maxevents,` `int` `timeout);`

等待事件的产生，类似于select()调用。

参数events用来从内核得到事件的集合，

maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，

参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

使用步骤：

<1>首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

<2>然后每一帧的调用epoll_wait (int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout) 来查询所有的网络接口。

<3>kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件范围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则返回。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主逻辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。 epoll_wait返回之后应该是一个循环，遍历所有的事件。

基本上都是如下的框架：