一．原理分析：
① ：socket编程介绍
本实验主要通过socket编程来实现，Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。Socket将复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。常用的Socket类型有两种：流式Socket （SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
显然，本次实验使用的是面向连接的流式socket。
在不同的操作系统中，提供的socket也不同：
不同操作系统中的Socket
Windows Socket (Winsock)
Linux Socket (BSD Socket)
套接字socket的含义：
1.套接字是一个通信终结点，它是Socket应用程序用来在网络上发送或接收数据包的对象
2.套接字具有类型，与正在运行的进程相关联，并且可以有名称
3.套接字一般只与使用网际协议组的同一“通信域”中的其他套接字交换数据
② ：Client/server通信模型介绍
本实验选用Client/server通信模型作为实验的具体结构。
在客户/服务器模式中我们将请求服务的一方称为客户（client），将提供某种服务的一方称为服务器（server）
一个服务程序通常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就是说服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户对这个服务的地址提出了连接请求。在这个时刻，服务程序被“唤醒”并且为客户提供服务—对客户的请求作出适当的反应。
客户机和服务器的运行过程如下：
在实验一中，客户机的请求就是：发送给服务器一段没有处理过的源字符串，要求服务器进行处理
服务器的响应就是：发给客户机处理过的字符串
③ ：使用socket编程在客户机和服务器之间建立连接和传输数据的流程
给出流程图：
各个环节使用的代码会在后面代码分析时讲解
④：linux下基于c++的多线程编程
多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理：基于进程和基于线程。
· 基于进程的多任务处理是程序的并发执行。
· 基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。
多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。
创建线程
下面的程序，可以用它来创建一个 POSIX 线程：
#include
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
在这里，pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：
创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。
终止线程
使用下面的程序，可以用它来终止一个 POSIX 线程：
#include
pthread_exit (status)
在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。
如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。
二．实验流程
本次实验，我们采用Linux系统作为实验载体。所以不用额外使用检查系统协议栈安装情况。所以大致流程为：
1. 分别创建client.c文件和sever.c文件
2. 使用socket()函数创建服务器端通信套接字
3. 使用bind()函数将创建的套接字与服务器地址绑定
4. 服务器使用listen()函数使服务器套接字做好接收连接请求准备，客户机使用connect函数发出向服务器建立连接的请求（调用前可以不用bind()端口号，由系统自动完成）
5. 使用accept()接收来自客户端由connect()函数发出的连接请求
6. 根据连接请求建立连接后，使用send()函数发送数据，或者使用recv()函数接收数据
7. 编写处理函数，使服务端处理来自客户段的请求，并进行响应
8. 使用closet()函数关闭套接字（可以先用shutdown()函数先关闭读写通道）
9. Gcc c文件形成可执行程序
10. 运行可执行程序查看实验效果：
实现多线程打开服务器
实现信息交互
三：关键代码分析:
Sever端建立连接后，开启新线程操作：
int session_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);
if(session_fd < 0)
{
perror("Server Accept Failed:");
// break;
}
char client_addr_res[20];
//char *ptr=inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_addr_res, strlen(client_addr_res));
printf("Get Connected with Client:%s ,the port is :%d Opening a new Thread...\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),client_addr.sin_port);
pthread_t thread_id;
if (pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)(&Data_handle), (void *)(&session_fd)) == -1)
{
fprintf(stderr, "pthread_create error!\n");
break; //break while loop
}
}
在子线程中进行数据处理，即接受客户端发来的消息，然后验证是否是“hi”信息，并发送回应
static void Data_handle(void * fd)
{
int session_fd = *((int *)fd);
// recv函数通过描述字读取数据到字节流，并存储到地址字符串
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
if (recv(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
perror("Server Recieve Data Failed:");
}
if(strcmp(buffer,"hi")==0)
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
strcpy(buffer, "hello");
if (send(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
printf("Send Failed./n");
}
}
else
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
strcpy(buffer, "i do not understand");
if (send(session_fd, buffer,BUFFER_SIZE , 0) < 0)
{
printf("Send Failed./n");
}
}
close(session_fd);
pthread_exit(NULL); //terminate calling thread!
}
后面附上客户端和服务端的代码
client.c
#include#include #include #include #include #include #define SERVER_PORT 8000 #define BUFFER_SIZE 1024 void find_file_name(const char *name,const char *path); int main() { struct sockaddr_in client_addr; bzero(&client_addr, sizeof(client_addr)); client_addr.sin_family = AF_INET; client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); client_addr.sin_port = htons(0); int client_socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (client_socket_fd < 0) { perror("Create Socket Failed:"); exit(1); } if (-1 == (bind(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)))) { perror("Client Bind Failed:"); exit(1); } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 声明一个服务器端的socket地址结构，并用服务器那边的IP地址及端口对其进行初始化，用于后面的连接 struct sockaddr_in server_addr; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; //将点分十进制串转换成网络字节序二进制值，此函数对IPv4地址和IPv6地址都能处理。 // 第一个参数可以是AF_INET或AF_INET6： // 第二个参数是一个指向点分十进制串的指针： // 第三个参数是一个指向转换后的网络字节序的二进制值的指针。 if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr) == 0) { perror("Server IP Address Error:"); exit(1); } server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr); // int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // sockfd：第一个参数即为客户端的socket描述字 // addr：当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量, 在不同主机中是struct sockaddr_in 类型的变量, // addrlen：表示本地地址的字节长度 // 返回值 : 成功标志 if (connect(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0) { perror("Can Not Connect To Server IP:"); exit(0); } char buffer[BUFFER_SIZE]; bzero(buffer, BUFFER_SIZE); printf("Input the hello on Sever:\t"); scanf("%s", buffer); //ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); //socket：如果是服务端则是accpet()函数的返回值，客户端是connect()函数中的第一个参数 // buffer：写入或者读取的数据 // len：写入或者读取的数据的大小 if (send(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0) { perror("Send Failed:"); exit(1); } while (recv(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0)> 0) { printf("from server %s \n", buffer); if(strcmp(buffer,"hello")==0) { printf("get the hello from Sever:\n"); break;} } close(client_socket_fd); return 0; }
server.c
#include#include #include in.h> #include #include #include #include #include<string.h> #include #define SERVER_PORT 8000 #define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20 #define BUFFER_SIZE 1024 #define FILE_NAME_MAX_SIZE 512 static void Data_handle(void * sock_fd); int main(void) { //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 声明并初始化一个服务器端的socket地址结构，sockaddr_in是internet环境下套接字的地址形式 //sockaddr_in（在netinet / in.h中定义）： // struct sockaddr_in { // short int sin_family; /* Address family */ // unsigned short int sin_port; /* Port number */ // struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ // unsigned char sin_zero[8]; /* Same size as struct sockaddr */ //}; //struct in_addr {unsigned long s_addr;}; struct sockaddr_in server_addr; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); //Sa_family: 是地址家族，也成作，协议族，一般都是"AF_XXX"的形式，常用的有 //AF_INET Arpa（TCP / IP） 网络通信协议 //AF_UNIX UNIX 域协议（文件系统套接字） //AF_ISO ISO标准协议 //AF_NS 施乐网络体统协议 //AF_IPX Novell IPX 协议 //AF_APPLETALK Appletalk DDS server_addr.sin_family = AF_INET; //htons是将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序， 就是整数在地址空间存储方式变为高位字节存放在内存的低地址处。 //INADDR_ANY：0.0.0.0，泛指本机的意思，也就是表示本机的所有IP，监听本机所有网卡 server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 创建socket，若成功，返回socket描述符 //1、domain：即协议域，又称为协议族（family）。AF_INET：TCP/IP协议簇 //2、type：指定socket类型。SOCK_STREAM（常用）字节流套接字 //3、protocol：故名思意，就是指定协议。0：IPPROTO_TCP TCP传输协议 int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(server_socket_fd < 0) { perror("Create Socket Failed:"); exit(1); } //int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen); //sock：将要被设置或者获取选项的套接字。level：选项所在的协议层。 //optname：需要访问的选项名。optval：对于getsockopt()，指向返回选项值的缓冲。optlen：作为入口参数时，选项值的最大长度。 // 令SO_REUSEADD==true 允许套接口和一个已在使用中的地址捆绑（参见bind()）。 int opt = 1; setsockopt(server_socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); //bind绑定socket和socket地址结构 //三个参数为：socket描述符、协议地址、地址的长度 if(-1 == (bind(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)))) { perror("Server Bind Failed:"); exit(1); } //sockfd：第一个参数即为要监听的socket描述符 //backlog : 第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数 //socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。 if(-1 == (listen(server_socket_fd, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))) { perror("Server Listen Failed:"); exit(1); } printf("Socket Init Successful! Begin to listen!\n"); /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// while(1) { // 定义客户端的socket地址结构 struct sockaddr_in client_addr; socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr); //int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //sockfd：第一个参数为服务器的socket描述符 //addr：，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址 //addrlen：第三个参数为协议地址的长度 //返回值 : 如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。 // 接受连接请求，返回一个新的socket(描述符)，这个新socket用于同连接的客户端通信 // accept函数会把连接到的客户端信息写到client_addr中 int session_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length); if(session_fd < 0) { perror("Server Accept Failed:"); // break; } char client_addr_res[20]; //char *ptr=inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_addr_res, strlen(client_addr_res)); printf("Get Connected with Client:%s ,the port is :%d Opening a new Thread...\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),client_addr.sin_port); pthread_t thread_id; if (pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)(&Data_handle), (void *)(&session_fd)) == -1) { fprintf(stderr, "pthread_create error!\n"); break; //break while loop } } // 关闭监听用的socket close(server_socket_fd); return 0; } static void Data_handle(void * fd) { int session_fd = *((int *)fd); // recv函数通过描述字读取数据到字节流，并存储到地址字符串 char buffer[BUFFER_SIZE]; bzero(buffer, BUFFER_SIZE); if (recv(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0) { perror("Server Recieve Data Failed:"); } if(strcmp(buffer,"hi")==0) { bzero(buffer, BUFFER_SIZE); strcpy(buffer, "hello"); if (send(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0) { printf("Send Failed./n"); } } else { bzero(buffer, BUFFER_SIZE); strcpy(buffer, "i do not understand"); if (send(session_fd, buffer,BUFFER_SIZE , 0) < 0) { printf("Send Failed./n"); } } close(session_fd); pthread_exit(NULL); //terminate calling thread! }