第十四夜：网络编程2-Socket通信

UDP套接字

在前一夜的复习中实现了一个C/S架构的TCP套接字demo。今天首先通过创建一个UDP的套接字例子来区分UDP Socket和TCP Socket的使用区别。

客户端：

/*
* 源码出处：https://blog.csdn.net/htianlong/article/details/7560841
* 编译：gcc -m32 -o client client.c
* 用法：sudo ./client localhost AAAA 8888
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h> 
#include <netinet/in.h>


#define BUFFSIZE 255
void Die(char *mess) { perror(mess); exit(1); }


int main(int argc, char *argv[]) {
    int sock;
    struct sockaddr_in echoserver;
    struct sockaddr_in echoclient;
    struct hostent *host;     /* host information */
    struct in_addr h_addr;    /* Internet address */

    char buffer[BUFFSIZE];
    
    unsigned int echolen, clientlen;
    int received = 0;

    if (argc != 4) {
      fprintf(stderr, "USAGE: %s <server> <word> <port>\n", argv[0]);
      exit(1);
    }
    
    /* Create the UDP socket */
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)) < 0) {
        Die("Failed to create socket");
    }
    
    if ((host = gethostbyname(argv[1])) == NULL) {
        Die("Host address look up failed");
    }
    
    h_addr.s_addr = *((unsigned long *) host->h_addr_list[0]);
    //printf("Address :%s\n", inet_ntoa(h_addr));
    
    /* Construct the server sockaddr_in structure */
    memset(&echoserver, 0, sizeof(echoserver));       /* Clear struct */
    echoserver.sin_family = AF_INET;                  /* Internet/IP */
    echoserver.sin_addr.s_addr = h_addr.s_addr;
    echoserver.sin_port = htons(atoi(argv[3]));       /* server port */
    
    /* Send the word to the server */
    echolen = strlen(argv[2]);
    if (sendto(sock, argv[2], echolen, 0, (struct sockaddr *) &echoserver, sizeof(echoserver)) != echolen) {
      Die("Mismatch in number of sent bytes");
    }
}

服务端：

/*
* 源码出处：https://blog.csdn.net/htianlong/article/details/7560841
* 编译：gcc -m32 -o server server.c
* 用法：sudo ./server 8888
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define BUFFSIZE 255
void Die(char *mess) { perror(mess); exit(1); }

int main(int argc, char *argv[]) {
    int sock;
    struct sockaddr_in echoserver;
    struct sockaddr_in echoclient;
    char buffer[BUFFSIZE];
    unsigned int echolen, clientlen, serverlen;
    int received = 0;

    if (argc != 2) {
      fprintf(stderr, "USAGE: %s <port>\n", argv[0]);
      exit(1);
    }
    
    /* Create the UDP socket */
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)) < 0) {
        Die("Failed to create socket");
    }
    
    /* Construct the server sockaddr_in structure */
    memset(&echoserver, 0, sizeof(echoserver));       /* Clear struct */
    echoserver.sin_family = AF_INET;                  /* Internet/IP */
    echoserver.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* Any IP address */
    echoserver.sin_port = htons(atoi(argv[1]));       /* server port */

    /* Bind the socket */
    serverlen = sizeof(echoserver);
    if (bind(sock, (struct sockaddr *) &echoserver, serverlen) < 0) {
        Die("Failed to bind server socket");
    }
    
    /* Run until cancelled */
    while (1) {
      /* Receive a message from the client */
      clientlen = sizeof(echoclient);
      if ((received = recvfrom(sock, buffer, BUFFSIZE, 0, (struct sockaddr *) &echoclient, &clientlen)) < 0) {
        Die("Failed to receive message");
      }
      
      fprintf(stderr, "Client %s connected:\nMessage:%s\n", inet_ntoa(echoclient.sin_addr),buffer);
      /* Send the message back to client */
      if(sendto(sock, buffer, received, 0, (struct sockaddr *) &echoclient, sizeof(echoclient)) != received) {
        Die("Mismatch in number of echo'd bytes");
      }
    }
}

TCP Socker Server

本例以一个简单的http server来演示socket server构建：

/*
* 编译：gcc -m32 -o http_server http_server.c
* 运行：./http_server 8080
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
 
#define MAXPENDING 5    /* Max connection requests */
#define BUFFSIZE 32

void Die(char *mess) { perror(mess); exit(1); }

void HandleClient(int sock) {
    char buffer[BUFFSIZE];
    char response[] = "HTTP/1.1 200 OK\nConnection: close\n\n<html><head><title>Test</title></head><body><h1>Test</h1></body></html>\n\n";
    send(sock, response, sizeof(response), 0);
    close(sock);
}


int main(int argc, char *argv[]) {
    int serversock, clientsock;
    struct sockaddr_in echoserver, echoclient;

    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "USAGE: echoserver <port>\n");
        exit(1);
    }
    /* Create the TCP socket */
    if ((serversock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) {
        Die("Failed to create socket");
    }
    /* Construct the server sockaddr_in structure */
    memset(&echoserver, 0, sizeof(echoserver));       /* Clear struct */
    echoserver.sin_family = AF_INET;                  /* Internet/IP */
    echoserver.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* Incoming addr */
    echoserver.sin_port = htons(atoi(argv[1]));       /* server port */

    /* Bind the server socket */
    if (bind(serversock, (struct sockaddr *) &echoserver,
                                 sizeof(echoserver)) < 0) {
      Die("Failed to bind the server socket");
    }
    
    /* Listen on the server socket */
    if (listen(serversock, MAXPENDING) < 0) {
      Die("Failed to listen on server socket");
    }
    
    /* Run until cancelled */
    while (1) {
        unsigned int clientlen = sizeof(echoclient);
        /* Wait for client connection */
        if ((clientsock = accept(serversock, (struct sockaddr *) &echoclient, &clientlen)) < 0) {
          Die("Failed to accept client connection");
        }
        
        fprintf(stdout, "Client connected: %s\n", inet_ntoa(echoclient.sin_addr));
        HandleClient(clientsock);
    }
}

阻塞套接字与非阻塞套接字

在阻塞的套接字中，服务端接收到的请求需要排队对其进行处理，这就形成了套接字阻塞。为了解决套接字阻塞的问题，可以创建非阻塞的服务端模型。
一个在网上找的非阻塞套接字的例子：

/***************************************************************************
 * 文件名称：select_socket.c
 * 源码出处：https://blog.csdn.net/pinkbean/article/details/71937646
 * 文件作用：这个文件的作用是用来编写一个单进程，单线程的多客户的套接字的客户端
 ****************************************************************************/
 
#include <stdio.h>                    //引入stdio.h头文件，这个头文件中包含了Linux上相关的IO流操作函数
#include <stdlib.h>                   //引入stdlib.h头文件，这个头文件中包含了Linux下的一些标准的函数
#include <string.h>                   //引入string,h头文件，这个头文件中包含了字符串操作的相关函数
#include <errno.h>                    //引入errno.h头文件，这个头文件中包含了错误处理的相关函数
#include <sys/types.h>                //引入sys/目录下面的types.h头文件，这个头文件中包含了相关类型的定义
#include <sys/socket.h>               //引入sys/目录下面的socket.h头文件，这个头文件中包含了套接字相关的头文件
#include <sys/time.h>                 //引入sys/目录下面的time.h头文件，这个头文件中包含了时间操作的相关函数和相关的结构体
#include <netinet/in.h>               //引入netinet.h/目录下面的in.h头文件，这个头文件中包含了网络字节序列转换的相关函数，还有相关的网域的宏定义
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
 
int main(int argc, char* argv[]){
    //开始定义要使用的相关变量-------------------------
    int ret;                          //定义一个int类型的数据，这个int类型的数据用来保存函数的运行结果
    int server_socket;                //定义一个int类型的数据用来保存本地建立的服务端的套接字
    int conn_socket;                  //定义一个int类型的数据用来保存客户端和本地连接好的套接字
    char RecvBuffer[1024];            //定义一个char类型的字符串，这个字符串用来保存从客户端接收到的数据
    char SendBuffer[1024];            //定义一个char类型的字符串，这个字符串用来保存要向客户端发送的数据
    struct sockaddr_in server_address;    //定义一个sockaddr_in类型的结构体，这个结构体来保存你服务端的相关地址
    struct sockaddr_in conn_address;      //定义一个sockaddr_in类型的结构体，这个结构体用来保存连接服务端之后的客户端的地址信息
    fd_set readfds, readcpyfds;           //定义两个文件描述集合
    
    //将相关的变量进行初始化---------------------------
    memset(RecvBuffer, 0x00, sizeof(RecvBuffer));
    memset(SendBuffer, 0x00, sizeof(SendBuffer));
    memset(&server_address, 0x00, sizeof(server_address));
    memset(&conn_address, 0x00, sizeof(conn_address));
    
    //开始命名套接字，并且建立监听队列---------------
    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    //创建一个因特网下的流套接字，协议默认定义
    server_address.sin_family = AF_INET;                //地址使用的协议簇为AF_INET
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //定义这个服务端的套接字的可以接受的地址为任意地址，并且使用htonl将地址转化为网络字节序列
    server_address.sin_port = htons(8888);             //将端口转化为网络字节序列，监听8888端口
    
    bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address));        //使用bind函数为套接字来进行命名
    listen(server_socket, 10);            //为我们创建的本地套接字创建监听队列，这个队列长为10个连接数
    
    //开始操作文件描述符集合---------------------------
    FD_ZERO(&readfds);                    //使用FD_ZERO()函数将readfds文件描述符集合清空
    FD_SET(server_socket, &readfds);      //将server_socket这个文件描述符添加到readfds
    
    //开始使用while()循环来接收连接--------------------
    while(1){
        readcpyfds = readfds;             //将readfds进行一次备份
        
        /*使用select()函数来监控文件描述符集合readcpyfds，如果这个集合中的任意一个文件描述符变为可写的状态select就返回，
         *因为我们不需要可写和错误的文件描述符，就直接将2，3参数设置为0（0表示空，还进行了强制类型转换），同时我们将
         *时间设置为空，表示select将阻塞*/
        ret = select(FD_SETSIZE, &readcpyfds, (fd_set*)0, (fd_set*)0, (struct timeval*)0);
        if(ret < 1)
        {
            fprintf(stderr, "select error!\n");          //输出错误信息
            exit(EXIT_FAILURE);                          //进程失败退出
        }
        
        int fd;                                          //定义一个整形变量，这个整形变量用来控制循环
        for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)               //使用for循环来对文件描述符进行检索和操作，FD_SETSIZE为文件描述符集合的最大容量
        {
            if(FD_ISSET(fd, &readcpyfds))                //如果fd为testfds中设置的文件描述符
            {
                if(fd == server_socket)                  //如果fd == server_socket，表示是有客户端要连接服务端
                {
                    int size = sizeof(conn_address);     //得到结构体的大小
                    conn_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&conn_address, &size);    //使用accept()函数来接受客户端传来的连接，将客户端连接的地址的信息保存到conn_address中
                    FD_SET(conn_socket, &readcpyfds);    //将conn_sockfd这个已经连接好的套接字描述符保存到文件描述符集合中readcpyfds这个集合中
                    printf("We have recved a connection!\n");       //输出信息
                }
                else                                               //如果不是server_socket那就表示是已经创建好连接的套接字字符，我们开始接受客户端传过来的数据，再将数据传回去
                {
                    ret = recv(fd, RecvBuffer, sizeof(RecvBuffer), 0);    //使用recv()函数将把从建立好的连接的数据保存到RecvBuffer中
                    if(ret < 0){
                        fprintf(stderr, "recv error!, The error is %s, errno is %d\n", strerror(errno), errno);
                        exit(EXIT_FAILURE);                        //进程异常退出
                    }
                    else if(ret == 0)                              //ret为0表示超时
                    {
                        printf("recv() time over!\n");             //输出超时
                        exit(EXIT_FAILURE);                        //进程异常退出
                    }
                    printf("The data we recve is %s\n", RecvBuffer);    //输出我们接收到的数据
                    
                    char* ptr;                                          //定义一个char*指针，这个指针这个指针用来转化大小写
                    for(ptr = RecvBuffer; *ptr; ptr++)                  //将字符串中的数据转化为大写
                    {
                        *ptr = toupper(*ptr);           //将小写转化为大写
                    }
                    strcpy(SendBuffer, RecvBuffer);     //将RecvBuffer中的数据复制到SendBuffer中
                    
                    send(fd, SendBuffer, strlen(SendBuffer), 0);    //将SendBuffer中的数据发送回fd这个建立好连接的套接字中
                    FD_CLR(fd, &readfds);                           //将readfds中的fd这个文件描述符清除掉，以防在副本中出现多余的文件描述符
                    memset(RecvBuffer, 0x00, sizeof(RecvBuffer));   //将接受数据的字符串和发送数据的字符串清空
                    memset(SendBuffer, 0x00, sizeof(SendBuffer));
                    close(fd);                                      //关闭套接字的连接
                }
            }
        }
    }
}

多线程非阻塞套接字

待后续补充。

参考资料

Linux socket 编程，第一部分
Linux socket 编程，第二部分
Linux下的socket演示程序
编写一个单进程非阻塞多客户的套接字客户端