linux下socket编程实现一个服务器连接多个客户端

linux下socket编程实现一个服务器连接多个客户端

 https://blog.csdn.net/Ctrl_qun/article/details/52524086

使用socekt通信一般步骤

    1）服务器端：socker()建立套接字，绑定（bind）并监听（listen），用accept（）等待客户端连接。

    2）客户端：socker()建立套接字，连接（connect）服务器，连接上后使用send()和recv（），在套接字上写读数据，直至数据交换完毕，close()关闭套接字。

在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，传递给 select函数的参数会告诉内核：

      •我们所关心的文件描述符

      •对每个描述符，我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写，还是关注一个描述符中是否出现异常)

      •我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间，等待固定的一段时间，或者根本就不等待)

从 select函数返回后，内核告诉我们一下信息：

      •对我们的要求已经做好准备的描述符的个数

      •对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读，写，异常)

       有了这些返回信息，我们可以调用合适的I/O函数(通常是 read 或 write)，并且这些函数不会再阻塞.

       select函数原型如下：

       int select (int maxfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄(socket 句柄)的状态变化的。程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。返回：做好准备的文件描述符的个数，超时为0，错误为 -1.

        首先我们先看一下最后一个参数。它指明我们要等待的时间：

1. struct timeval{

2. long tv_sec; /*秒 */

3. long tv_usec; /*微秒 */

4. }

有三种情况：

        timeout == NULL  等待无限长的时间。等待可以被一个信号中断。当有一个描述符做好准备或者是捕获到一个信号时函数会返回。如果捕获到一个信号， select函数将返回 -1,并将变量 erro设为 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会被测试，并且返回满足要求的描述符的个数。这种方法通过轮询，无阻塞地获得了多个文件描述符状态。

        timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间。当有描述符符合条件或者超过超时时间的话，函数返回。在超时时间即将用完但又没有描述符合条件的话，返回 0。对于第一种情况，等待也会被信号所中断。 

       中间的三个参数 readset, writset, exceptset,指向描述符集。这些参数指明了我们关心哪些描述符，和需要满足什么条件(可写，可读，异常)。一个文件描述集保存在 fd_set 类型中。fd_set类型变量每一位代表了一个描述符。我们也可以认为它只是一个由很多二进制位构成的数组。如下图所示：

   

         对于 fd_set类型的变量我们所能做的就是声明一个变量，为变量赋一个同种类型变量的值，或者使用以下几个宏来控制它：

1. #include

2. int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset);

3. int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

4. int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set);

5. int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

        FD_ZERO宏将一个 fd_set类型变量的所有位都设为 0，使用FD_SET将变量的某个位置位。清除某个位时可以使用 FD_CLR，我们可以使用FD_ISSET来测试某个位是否被置位。

       当声明了一个文件描述符集后，必须用FD_ZERO将所有位置零。之后将我们所感兴趣的描述符所对应的位置位，操作如下：

1. fd_set rset;

2. int fd;

3. FD_ZERO(&rset);

4. FD_SET(fd, &rset);

5. FD_SET(stdin, &rset);

select返回后，用FD_ISSET测试给定位是否置位：

1. if(FD_ISSET(fd, &rset)

2.  

3. { ... }

    具体解释select的参数：

（1）intmaxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错。

说明：对于这个原理的解释可以看上边fd_set的详细解释，fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效的位的个数。

（2）fd_set*readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读；如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

（3）fd_set*writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

（4）fd_set*errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常文件。

（5）structtimeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

说明：

函数返回：

（1）当监视的相应的文件描述符集中满足条件时，比如说读文件描述符集中有数据到来时，内核(I/O)根据状态修改文件描述符集，并返回一个大于0的数。

（2）当没有满足条件的文件描述符，且设置的timeval监控时间超时时，select函数会返回一个为0的值。

（3）当select返回负值时，发生错误。

select模型：

    理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

（1）执行fd_set set;FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。

（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)

（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011

（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

    基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：

（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调，另有说虽然可调，但调整上限受于编译内核时的变量值。

（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。

（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

服务器代码：

 

1. #include

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #define BACKLOG 5 //完成三次握手但没有accept的队列的长度

9. #define CONCURRENT_MAX 8 //应用层同时可以处理的连接

10. #define SERVER_PORT 11332

11. #define BUFFER_SIZE 1024

12. #define QUIT_CMD ".quit"

13. int client_fds[CONCURRENT_MAX];

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

15. {

16. char input_msg[BUFFER_SIZE];

17. char recv_msg[BUFFER_SIZE];

18. //本地地址

19. struct sockaddr_in server_addr;

20. server_addr.sin_family = AF_INET;

21. server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

22. server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

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

24. //创建socket

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

26. if(server_sock_fd == -1)

27. {

28. perror("socket error");

29. return 1;

30. }

31. //绑定socket

32. int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

33. if(bind_result == -1)

34. {

35. perror("bind error");

36. return 1;

37. }

38. //listen

39. if(listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1)

40. {

41. perror("listen error");

42. return 1;

43. }

44. //fd_set

45. fd_set server_fd_set;

46. int max_fd = -1;

47. struct timeval tv; //超时时间设置

48. while(1)

49. {

50. tv.tv_sec = 20;

51. tv.tv_usec = 0;

52. FD_ZERO(&server_fd_set);

53. FD_SET(STDIN_FILENO, &server_fd_set);

54. if(max_fd

55. {

56. max_fd = STDIN_FILENO;

57. }

58. //printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO);

59. //服务器端socket

60. FD_SET(server_sock_fd, &server_fd_set);

61. // printf("server_sock_fd=%d\n", server_sock_fd);

62. if(max_fd < server_sock_fd)

63. {

64. max_fd = server_sock_fd;

65. }

66. //客户端连接

67. for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)

68. {

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

70. if(client_fds[i] != 0)

71. {

72. FD_SET(client_fds[i], &server_fd_set);

73. if(max_fd < client_fds[i])

74. {

75. max_fd = client_fds[i];

76. }

77. }

78. }

79. int ret = select(max_fd + 1, &server_fd_set, NULL, NULL, &tv);

80. if(ret < 0)

81. {

82. perror("select 出错\n");

83. continue;

84. }

85. else if(ret == 0)

86. {

87. printf("select 超时\n");

88. continue;

89. }

90. else

91. {

92. //ret 为未状态发生变化的文件描述符的个数

93. if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set))

94. {

95. printf("发送消息：\n");

96. bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);

97. fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);

98. //输入“.quit"则退出服务器

99. if(strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0)

100. {

101. exit(0);

102. }

103. for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)

104. {

105. if(client_fds[i] != 0)

106. {

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

108. send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0);

109. }

110. }

111. }

112. if(FD_ISSET(server_sock_fd, &server_fd_set))

113. {

114. //有新的连接请求

115. struct sockaddr_in client_address;

116. socklen_t address_len;

117. int client_sock_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);

118. printf("new connection client_sock_fd = %d\n", client_sock_fd);

119. if(client_sock_fd > 0)

120. {

121. int index = -1;

122. for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)

123. {

124. if(client_fds[i] == 0)

125. {

126. index = i;

127. client_fds[i] = client_sock_fd;

128. break;

129. }

130. }

131. if(index >= 0)

132. {

133. printf("新客户端(%d)加入成功 %s:%d\n", index, inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));

134. }

135. else

136. {

137. bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);

138. strcpy(input_msg, "服务器加入的客户端数达到最大值,无法加入!\n");

139. send(client_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);

140. printf("客户端连接数达到最大值，新客户端加入失败 %s:%d\n", inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));

141. }

142. }

143. }

144. for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)

145. {

146. if(client_fds[i] !=0)

147. {

148. if(FD_ISSET(client_fds[i], &server_fd_set))

149. {

150. //处理某个客户端过来的消息

151. bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);

152. long byte_num = recv(client_fds[i], recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);

153. if (byte_num > 0)

154. {

155. if(byte_num > BUFFER_SIZE)

156. {

157. byte_num = BUFFER_SIZE;

158. }

159. recv_msg[byte_num] = '\0';

160. printf("客户端(%d):%s\n", i, recv_msg);

161. }

162. else if(byte_num < 0)

163. {

164. printf("从客户端(%d)接受消息出错.\n", i);

165. }

166. else

167. {

168. FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set);

169. client_fds[i] = 0;

170. printf("客户端(%d)退出了\n", i);

171. }

172. }

173. }

174. }

175. }

176. }

177. return 0;

178. }

客户端代码：

1. #include

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #define BUFFER_SIZE 1024

9.  

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

11. {

12. struct sockaddr_in server_addr;

13. server_addr.sin_family = AF_INET;

14. server_addr.sin_port = htons(11332);

15. server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

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

17.  

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

19. if(server_sock_fd == -1)

20. {

21. perror("socket error");

22. return 1;

23. }

24. char recv_msg[BUFFER_SIZE];

25. char input_msg[BUFFER_SIZE];

26.  

27. if(connect(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == 0)

28. {

29. fd_set client_fd_set;

30. struct timeval tv;

31.  

32. while(1)

33. {

34. tv.tv_sec = 20;

35. tv.tv_usec = 0;

36. FD_ZERO(&client_fd_set);

37. FD_SET(STDIN_FILENO, &client_fd_set);

38. FD_SET(server_sock_fd, &client_fd_set);

39.  

40. select(server_sock_fd + 1, &client_fd_set, NULL, NULL, &tv);

41. if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &client_fd_set))

42. {

43. bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);

44. fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);

45. if(send(server_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0) == -1)

46. {

47. perror("发送消息出错!\n");

48. }

49. }

50. if(FD_ISSET(server_sock_fd, &client_fd_set))

51. {

52. bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);

53. long byte_num = recv(server_sock_fd, recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);

54. if(byte_num > 0)

55. {

56. if(byte_num > BUFFER_SIZE)

57. {

58. byte_num = BUFFER_SIZE;

59. }

60. recv_msg[byte_num] = '\0';

61. printf("服务器:%s\n", recv_msg);

62. }

63. else if(byte_num < 0)

64. {

65. printf("接受消息出错!\n");

66. }

67. else

68. {

69. printf("服务器端退出!\n");

70. exit(0);

71. }

72. }

73. }

74. //}

75. }

76. return 0;

77. }

在linux下操作：

新建三个文件 server.cpp android_client.cpp web_clinet.cpp，一个服务器，两个客户端，客户端代码一样。将代码复制到对应文件。

开始编译：

g++ -o server server.cpp

g++ -o android_client android_client.cpp

g++ -o web_clinet web_clinet.cpp

运行：

./server

./android_client

./web_clinet

结果显示服务器加入两个客户端。