【Linux网络编程】TCP select聊天程序
实现目标
【1】创建TCP服务器和客户端，实现简易聊天程序；
【2】单一进程，通过I/O复用select函数实现；
【3】客户端/服务器任一结束，结束连接和对方进程。
select函数
Linux系统中I/O复用实现方式有selece()、poll()、epoll()。I/O复用可以使单一进程可以同时监听多个文件描述符（句柄）事件的发生，而不用建立多个进程，在特殊情况下可以节约系统资源，但牺牲一定的效率。 常用的I/O复用场景有：
【1】服务端同时处理监听socket和连接socket ；
【2】服务端同时处理TCP请求和UDP请求 ；
【3】服务端同时监听多个端口或者处理多种服务请求；
【4】客户端同时处理多个socket ；
【5】客户端同时处理用户输入（如STDIN）和网络连接。
select函数功能是在指定超时时间内，或者阻塞，监听进程指定的文件描述符上的事件状态，在可读、可写、异常事件发生后，唤醒进程进行相关事件处理。
函数原型
#include
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
形参
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| nfds | 监听文件描述符数目+1 |
| readfds | 监听可读文件描述符集合 |
| writefds | 监听可写文件描述符集合 |
| exceptfds | 监听异常文件描述符集合 |
| timeout | 超时时间，传入NULL时为不超时阻塞 |
返回值
| 返回值 | 含义 |
|---|---|
| 负值 | select函数执行错误，错误原因存于errno中 |
| 正值 | 文件可读/写，异常 |
| 0 | 等待超时，没有可读/写，或异常的文件 |
select执行失败时，常见错误码
| 错误码 含义 | |
|---|---|
| EBADF | 文件描述符无效或文件已关闭 |
| EINTR | 调用被信号所中断 |
| EINVAL | 参数nfds为负值 |
| ENOMEM | 内存不足 |
相关函数
| 函数 | 作用 |
|---|---|
| FD_CLR(inr fd,fd_set* set)； | 清除文件描述符组set中相关fd的位 |
| FD_ISSET(int fd,fd_set *set)； | 检查文件描述符组set中相关fd的位是否为真（bool） |
| FD_SET（int fd,fd_set*set）； | 设置文件描述符组set中相关fd的位 |
| FD_ZERO（fd_set *set）； | 清除文件描述符组set的全部位 |
使用注意事项
【1】select函数调用后，会清空它所监听的文件描述符集合，所以每次调用select()之前必须把描述符重新加入到监听集合中；
【2】最大监听文件描述符有限制，一般是1024。
实现代码
服务器端（server）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main (int argc, char * argv[])
{
int s_fd = 0, c_fd = 0, pid;
socklen_t addr_len;
struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
char buf[1024];
ssize_t size = 0;
fd_set s_fds;
int max_fd; /* 监控文件描述符中最大的文件号 */
struct timeval tv; /* 超时返回时间 */
int ret = 0;
if(argc != 3)
{
printf("format error!\n");
printf("usage: server \n");
exit(1);
}
/* 服务器端地址 */
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if(!inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &s_addr.sin_addr.s_addr))
{
perror("invalid ip addr:");
exit(1);
}
/* 创建socket */
if((s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
perror("socket create failed:");
exit(1);
}
/* 端口重用，调用close(socket)一般不会立即关闭socket，而经历“TIME_WAIT”的过程 */
int reuse = 0x01;
if(setsockopt(s_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&reuse, sizeof(int)) < 0)
{
perror("setsockopt error");
close(s_fd);
exit(1);
}
/* 绑定地址 */
if(bind(s_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, sizeof(s_addr)) < 0)
{
perror("bind error");
close(s_fd);
exit(1);
}
/* 监听socket */
if(listen(s_fd, 5) < 0)
{
perror("listen error");
close(s_fd);
exit(1);
}
addr_len = sizeof(struct sockaddr);
int set = 0;
for(;;)
{
FD_ZERO(&s_fds); /* 清空s_fds集合 */
FD_SET(STDIN_FILENO, &s_fds); /* 加入标准输入集合 */
FD_SET(s_fd, &s_fds); /* 加入服务器fd集合 */
if(c_fd != 0)
{
FD_SET(c_fd, &s_fds); /* 加入客户端fd集合 */
}
if(c_fd >= max_fd)
{
max_fd = c_fd;
}
else
{
max_fd = s_fd;
}
tv.tv_sec = 10;
tv.tv_usec = 0;
ret = select(max_fd+1, &s_fds, NULL, NULL, &tv);
if(ret < 0)
{
perror("select error");
break;
}
else if(ret == 0)
{
continue; /* time out */
}
if(FD_ISSET(s_fd,&s_fds))
{
if(c_fd)
{
continue;
}
c_fd = accept(s_fd, (struct sockaddr*)&c_addr, (socklen_t *)&addr_len);
if(c_fd < 0)
{
perror("accept error");
close(s_fd);
exit(1);
}
else
{
printf("connected with ip: %s and port: %d\n", inet_ntop(AF_INET,&c_addr.sin_addr, buf, 1024), ntohs(c_addr.sin_port));
}
printf("waiting client connecting\r\n");
}
if(c_fd <= 0)
{
continue; /* 无客户端连接 */
}
if(FD_ISSET(c_fd,&s_fds))
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
size = read(c_fd, buf, sizeof(buf) - 1);
if(size > 0)
{
printf("message recv %dByte: \n%s\n",size,buf);
}
else if(size < 0)
{
printf("recv failed!errno code is %d,errno message is '%s'\n",errno, strerror(errno));
break;
}
else
{
printf("client disconnect!\n");
break;
}
}
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&s_fds))
{
fflush(stdout);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
size = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf) - 1);
if(size > 0)
{
buf[size-1] = '\0';
}
else if(size == 0)
{
printf("read is done...\n");
break;
}
else
{
perror("read stdin error");
break;
}
if(!strncmp(buf, "quit", 4))
{
printf("close the connect!\n");
break;
}
if(buf[0] == '\0')
{
printf("please enter message to send:\n");
continue;
}
size = write(c_fd, buf, strlen(buf));
//printf("write %s\n,size %d",buf,strlen(buf));
if(size <= 0)
{
printf("message'%s' send failed!errno code is %d,errno message is '%s'\n",buf, errno, strerror(errno));
break;
}
printf("please enter message to send:\n");
}
}
close(s_fd);
close(c_fd);
return 0;
}
客户端（client）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main (int argc, char * argv[])
{
int c_fd,pid;
int ret = 0;
struct sockaddr_in s_addr;
socklen_t addr_len;
char buf[1024];
ssize_t size;
fd_set s_fds;
int max_fd; /* 监控文件描述符中最大的文件号 */
struct timeval tv; /* 超时返回时间 */
if(argc != 3)
{
printf("format error!\n");
printf("usage: client \n");
exit(1);
}
/* 创建socket */
c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(c_fd < 0)
{
perror("socket create failed");
return -1;
}
/* 服务器端地址 */
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if(!inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &s_addr.sin_addr.s_addr))
{
perror("invalid ip addr");
exit(1);
}
/* 连接服务器*/
addr_len = sizeof(s_addr);
ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, addr_len);
if(ret < 0)
{
perror("connect server failed");
exit(1);
}
for(;;)
{
FD_ZERO(&s_fds); /* 清空s_fds集合 */
FD_SET(STDIN_FILENO, &s_fds); /* 加入标准输入集合 */
FD_SET(c_fd, &s_fds); /* 加入客户端fd集合 */
max_fd = c_fd;
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;
ret = select(max_fd+1, &s_fds, NULL, NULL, &tv);
if(ret < 0)
{
perror("select error");
break;
}
else if(ret == 0)
{
continue; /* time out */
}
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&s_fds)) /* 终端消息 */
{
fflush(stdout);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
size = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf) - 1);
if(size > 0)
{
buf[size-1] = '\0';
}
else if(size == 0)
{
printf("read is done...\n");
break;
}
else
{
perror("read stdin error");
break;
}
if(!strncmp(buf, "quit", 4))
{
printf("close the connect!\n");
break;
}
if(buf[0] == '\0')
{
printf("please enter message to send:\n");
continue;
}
size = write(c_fd, buf, strlen(buf));
//printf("write %s\n,size %d",buf,strlen(buf));
if(size <= 0)
{
printf("message'%s' send failed!errno code is %d,errno message is '%s'\n",buf, errno, strerror(errno));
break;
}
printf("please enter message to send:\n");
}
if(FD_ISSET(c_fd,&s_fds)) /* 服务器消息 */
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
size = read(c_fd, buf, sizeof(buf));
if(size > 0)
{
printf("message recv %dByte: \n%s\n",size,buf);
}
else if(size < 0)
{
printf("recv failed!errno code is %d,errno message is '%s'\n",errno, strerror(errno));
break;
}
else
{
printf("server disconnect!\n");
break;
}
}
}
close(c_fd);
return 0;
}
执行效果
