基于Linux的Socket编程之TCP全双工Server-Client聊天程序

一、引言：

由于accept函数、read、write、recv、send等函数都是是阻塞式的，在同一个进程之中，只要有任何一个函数没有执行完毕，处于阻塞状态，之后的函数与功能就不能处理，很难实现点对点的Server-Client全双工通信。因为全双工通信是非阻塞式的通信方式，即使对方没有回复消息，都可以随时发送。如果只是电报机式的半双工通信，之前已经基本实现：基于Linux的SOCKET编程之TCP半双工Client-Server聊天程序
而对于QQ点对点聊天式的全双工通信，又该怎样实现呢？对于当前所学只能想到使用fork函数创建一个子进程，其中父进程用来处理发（或者收），而子进程用来处理收（或者发）的过程。fork函数的一些基本的使用可参照：进程创建与fork()的恩怨情仇

二、测试代码：

测试环境（Redhat 6.4）

1、客户端（Client）：

# include
# include
# include
# include
# include
# include
# include
# include

# define MAX_BUF_LEN 128

/*处理系统调用中产生的错误*/
void error_print(char * ptr)
{
        perror(ptr);
        exit(EXIT_FAILURE);
}
/*处理通信结束时回调函数接收到的信号*/
void quit_tranmission(int sig)
{
    printf("recv a quit signal = %d\n",sig);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main(void)
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
        error_print("socket");
    struct sockaddr_in servaddr;
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = 1234;
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/
    int conn;
    if((conn = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr))) < 0)
        error_print("connect");

    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid == -1){
        error_print("fork");
    }

    if(pid == 0){
        char recv_buf[MAX_BUF_LEN] = {0};
        while(1){
            bzero(recv_buf,sizeof(recv_buf));
            int ret = read(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf));
            if(ret == -1)
                error_print("read");
            else if(ret == 0){
                printf("server is close!\n");
                break;//子进程收到服务器端退出的信息（服务器Ctrl+C结束通信进程，read函数返回值为0，退出循环）
            }
            fputs(recv_buf,stdout);/*将收到的信息输出到标准输出stdout上*/
        }
        close(sockfd);/*子进程退出，通信结束关闭套接字*/
        kill(getppid(),SIGUSR1);/*子进程结束，也要向父进程发出一个信号告诉父进程终止接收，否则父进程一直会等待输入*/
        exit(EXIT_SUCCESS);/*子进程正常退出结束，向父进程返回EXIT_SUCCESS*/
    }
    else{
        signal(SIGUSR1,quit_tranmission);/*回调函数处理通信中断*/
        char send_buf[MAX_BUF_LEN] = {0};
        /*如果服务器Ctrl+C结束通信进程，fgets获取的就是NULL，否则就进入循环正常发送数据*/
        while(fgets(send_buf,sizeof(send_buf), stdin) != NULL){
            int set = write(sockfd, send_buf, strlen(send_buf));/*将send_buf缓冲区的数据发送给对端服务器*/
            if(set < 0)
                error_print("write");
            bzero(send_buf,strlen(send_buf));
        }
        close(sockfd);/*通信结束，关闭套接字*/
    }
    return 0;
}

2、服务器（Server）：

# include
# include
# include
# include
# include
# include
# include
# include

# define MAX_BUF_LEN 128

void error_print(char * ptr)
{
        perror(ptr);
        exit(EXIT_FAILURE);
}

void quit_tranmission(int sig)
{
    printf("recv a quit signal = %d\n",sig);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main(void)
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/*IPV4流式协议即TCP协议*/
    if(sockfd < 0)
        error_print("socket");
    struct sockaddr_in servaddr;
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;/*IPV4*/
    servaddr.sin_port = 1234;
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");/*使用本地环回地址做测试*/
    /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);//与inet_addr函数作用相同*/

    /*setsockopt确保服务器不用等待TIME_WAIT状态结束就可以重启服务器，继续使用原来的端口号*/
    int on = 1;
    if( setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)) < 0)
        error_print("setsockopt");
    /*绑定本地Socket地址*/
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        error_print("bind");
    /*监听连接*/
    if(listen(sockfd, SOMAXCONN) < 0)
        error_print("listen");

    struct sockaddr_in peeraddr;/*存储连接成功的客户端Socket信息*/
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
    int conn;
    /*接收监听队列第一个完成连接的请求*/
    if((conn = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&peeraddr,&peerlen)) < 0)
        error_print("accept");
    pid_t pid;

    pid = fork();/*创建一个新的子进程*/
    if(pid == -1){
        error_print("fork");
    }
    if(pid == 0){/*子进程中用来向客户端发送数据*/
        signal(SIGUSR1,quit_tranmission);/*回调函数处理通信中断*/
        char send_buf[MAX_BUF_LEN]={0};
        /*如果客户端Ctrl+C结束通信进程，fgets获取的就是NULL，否则就进入循环正常发送数据*/
        while(fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin) != NULL){
            write(conn,send_buf,strlen(send_buf));
            bzero(send_buf,strlen(send_buf));/*发送完成清空发送缓冲区*/
        }
        exit(EXIT_SUCCESS);/*成功退出子进程*/
    }
    else{
        char recv_buf[MAX_BUF_LEN]={0};
        while(1){
            bzero(recv_buf,strlen(recv_buf));
            int ret = read(conn, recv_buf, sizeof(recv_buf));/*读取conn连接发送过来的数据*/
            if(ret < 0)
                error_print("read");
            else if(ret == 0){
                printf("client is close!\n");
                break;//父进程收到服务器端退出的信息（服务器Ctrl+C结束通信进程，read函数返回值为0，退出循环）
            }
            fputs(recv_buf,stdout);
        }
        kill(pid,SIGUSR1);/*父进程结束，也要向子进程发出一个信号告诉子进程终止接收，否则子进程会一直等待输入*/
    }
    close(conn);
    close(sockfd);
    return 0;
}

收到对端结束信息（NULL信息）的进程要向等待发送的进程发送一个结束通信的信号，回调函数处理使得等待输入的进程结束，否则该进程会一直等待，直到有输入（但此时的输入已经没有意义，所以应提早结束，而不是一直等待）。

三、测试结果：

这个不厚道的服务器结束了通信：