黄金城官方网站黄金城官方网站


澳门黄金城官方客服网址

select实现高并发服务器

  前言:周末学了两天网络编程,把之前的不懂一些问题基本掌握了,例如TCP状态转换图、close和shutdown函数的区别、select函数等,今天分享给大家。

  一、网络编程基础知识

  在写代码之前,需要简单介绍一下基础知识。

    网络字节序

   小端法(本地):低地址存低字节、高地址存高字节(简称高存高、低存低)

   大端法(网络):高存底,低存高

  可能有人会问为啥不统一呢?历史遗留问题:IBM最开始使用数据存储使用大端法,后来微软非要反着来。

  所以通信必须先统一字节序,涉及4个函数,如下:(函数原型都是通过man手册查的) 

  #include <arpa/inet.h>

  uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

  uint16_t htons(uint16_t hostshort);

  uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

  uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

  说明:h代表本地,n代表网络,l表示32长整数(也是历史遗留问题,最开始没有int型),s表示16位短整型

  例如htonl函数:就是将本地字节序转为网路字节序,并且是长整数,一般用在ip转换,s则用在端口。

  2.sockaddr地址结构

通用地址结构体:struct sockaddr { sa_family_t sa_family;//协议族 AF_INET AF_INET6 char sa_data[14];//1-2 端口号 3-6 ip地址 7-14 预留 }

ipv4专用地址结构:

struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */ };

/* Internet address. */ struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */ };

  通用的使用麻烦,弄一个专用的方便了,但是bind函数原型如下:

  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

  要传通用地址结构,所以使用时就要进行强转。

  其实,还应该介绍一下socket、bind、listen等函数,但是觉得很简单就先不介绍了。

  二、三次握手和四次挥手

  这篇主要介绍TCP,TCP经常被问到的问题就是三次握手,应该大部分人都知道,但四次挥手应该很少人知道,确很重要对理解一下概念和函数很有帮助。

  1.三次握手

  三次握手如下图:(截图《unix网络编程》,简称UNP,下面还有有图出自这本书)

  

  说明:客户端发送SYN请求,服务器收到之后,返回ACK应答并携带SYN,客户端收到之后发送ACK应答。更多解释可以参考UNP。

  2.四次挥手

  四次挥手如下图,出自UNP:

  

  

  说明:客户端发起FIN关闭请求,服务器收到之后回应ACK,到这完成了“半关闭”,就是关了一半。为啥只关了一半?其实客户端、服务器各有一个描述符、两个缓冲区(读缓冲、写缓冲),关的只是一个缓冲区。

  服务端再发FIN,客户端收到之后再回应ACK应答。

  理解四次挥手,对close和shutdown函数的区别会有很好的理解。

  三、TCP状态转换图

  理解三次握手、四次挥手,对于面试、跟人装逼很有帮助,开玩笑了。但理解TCP状态转换图对编程很有帮助。

  TCP状态转换图如下,也出自UNP:

  

  说明:如图释一样,客户端状态走向,虚线服务器的走向,要分别沿着两条线去看,并结合着三次握手和四次挥手去看。在纸上画过2个结合的图,但是没时间在电脑上,有需要的话联系我吧。

shutdowan、close函数区别:

  shutdown原型:int shutdown(int sockfd, int how);

  参数说明:

  sockfd:文件描述符

  how:定义三个宏

  SHUT_RD  关闭读端

  SHUT_WR 关闭写端

  SHUT_RDWR 关闭读写端

  close原型:int close(int fd); 参数文件描述符。

  还有一个重要区别:shutdown在关闭多个文件描述符时,采用全关闭方法。close只关闭一个,相当于“-1”操作。

  四、select函数介绍

  select函数非常复杂,一点点解释吧,函数原型如下:

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

  参数说明:

  nfds:监听的所有文件描述符中的最大描述符+1(其实内核是轮询查的)

  readfds:读文件描述符监听集合

  writefds:写文件描述符监听集合

  exceptfds:异常文件描述符监听集合

  timeout:有几个值如下:

      大于0:设置监听超时时长

      NULL:阻塞监听

      0:非阻塞监听

  函数返回值:

       大于0:所有监听集合(3个)中,满足对应事件的总数

        0:没有满足的

       -1:出错error

  看第二个、三个、四个参数的类型fd_set,内核为操作这种集合定义了四个函数,如下:

  void FD_CLR(int fd, fd_set *set);      //将一个文件描述符从集合中移除

  int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  //判断一个文件描述符是否在一个集合中,返回值:在 1,不在 0   void FD_SET(int fd, fd_set *set);  //将监听的文件描述符,添加到监听集合中   void FD_ZERO(fd_set *set);    //清空一个文件描述符集合

   五、包裹函数

  这个概念来自UNP,先介绍包裹函数的定义,约定的包裹函数名是实际函数的首字母大写形式。例如,如下:

  Socket(int family, int type, int protocol)

  为什么要怎么做呢?原因如下:

  (1) 检查返回值

  (2)独立错误检查模块 

  六、用select实现并发服务器

 服务端

  socket、bind、listen这些都没变化,但都用的包裹函数形式,封装在wrap.c中,从accept开始就要开始处理了,程序中都有注释,不明白在私信我,先主要讲解一下,调用FD_ZERO、FD_SET设置fd_set集合,再监听连接、再监听数据传输。代码如下:

  

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <arpa/inet.h>#include <ctype.h>#include "wrap.h"#define SERV_PORT 6666int main(int argc, char *argv[]){ int i, j, n, maxi; int nready, client[FD_SETSIZE]; /* 自定义数组client, 防止遍历1024个文件描述符 FD_SETSIZE默认为1024 */ int maxfd, listenfd, connfd, sockfd; char buf[BUFSIZ], str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */ struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr; socklen_t clie_addr_len; fd_set rset, allset; /* rset 读事件文件描述符集合 allset用来暂存 */ listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int opt = 1; setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family= AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT); Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); Listen(listenfd, 128); maxfd = listenfd; /* 起初 listenfd 即为最大文件描述符 */ maxi = -1; /* 将来用作client[]的下标, 初始值指向0个元素之前下标位置 */ for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++) client[i] = -1; /* 用-1初始化client[] */ FD_ZERO(&allset); FD_SET(listenfd, &allset); /* 构造select监控文件描述符集 */ while (1) { rset = allset; /* 每次循环时都从新设置select监控信号集 */ nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL); if (nready < 0) perr_exit("select error"); if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* 说明有新的客户端链接请求 */ clie_addr_len = sizeof(clie_addr); connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len); /* Accept 不会阻塞 */ printf("received from %s at PORT %d", inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(clie_addr.sin_port)); for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++) if (client[i] < 0) { /* 找client[]中没有使用的位置 */ client[i] = connfd; /* 保存accept返回的文件描述符到client[]里 */ break; } if (i == FD_SETSIZE) { /* 达到select能监控的文件个数上限 1024 */ fputs("too many clients", stderr); exit(1); } FD_SET(connfd, &allset); /* 向监控文件描述符集合allset添加新的文件描述符connfd */ if (connfd > maxfd) maxfd = connfd; /* select第一个参数需要 */ if (i > maxi) maxi = i; /* 保证maxi存的总是client[]最后一个元素下标 */ if (--nready == 0) continue; } for (i = 0; i <= maxi; i++) { /* 检测哪个clients 有数据就绪 */ if ((sockfd = client[i]) < 0) continue; if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) { if ((n = Read(sockfd, buf, sizeof(buf))) == 0) { /* 当client关闭链接时,服务器端也关闭对应链接 */ Close(sockfd); FD_CLR(sockfd, &allset); /* 解除select对此文件描述符的监控 */ client[i] = -1; } else if (n > 0) { for (j = 0; j < n; j++) buf[j] = toupper(buf[j]); Write(sockfd, buf, n); Write(STDOUT_FILENO, buf, n); } if (--nready == 0) break; /* 跳出for, 但还在while中 */ } } } Close(listenfd); return 0;}View Code   客户端

  实现简单功能:客户端发小写,服务器转为大写再返回给客户端。客户端首先socket、connect,依然是包裹函数。代码如下:

  

/* client.c */#include <stdio.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include <arpa/inet.h>#include <netinet/in.h>#include "wrap.h"#define MAXLINE 80#define SERV_PORT 6666int main(int argc, char *argv[]){ struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, n; if (argc != 2) printf("./client IP"); sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); printf("------------connect ok----------------"); while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) { Write(sockfd, buf, strlen(buf)); n = Read(sockfd, buf, MAXLINE); if (n == 0) { printf("the other side has been closed."); break; } else Write(STDOUT_FILENO, buf, n); } Close(sockfd); return 0;}View Code

  这样就可以了,想要《unix网络编程》、wrap.c的,推荐评论我。

  其实,TCP状态转换图、select实现原理,应该用画图来解释一下,今天7点多就到公司了,准备写博客,然后9点就去处理需求了,下午才写完,等有时间再详细介绍这两方面吧。

  最后,评论你的不懂问题,需要资料的也随时欢迎评论。

  

  

 

  

 

  

欢迎阅读本文章: 中煤销售专员

黄金城官方客服网址

澳门黄金城官方客服网址