linux下socket編程實現一個服務器鏈接多個客戶端

使用socekt通訊通常步驟

    1）服務器端：socker()創建套接字，綁定（bind）並監聽（listen），用accept（）等待客戶端鏈接。

    2）客戶端：socker()創建套接字，鏈接（connect）服務器，鏈接上後使用send()和recv（），在套接字上寫讀數據，直至數據交換完畢，close()關閉套接字。

在Linux中，咱們可使用select函數實現I/O端口的複用，傳遞給 select函數的參數會告訴內核：

      •咱們所關心的文件描述符

      •對每一個描述符，咱們所關心的狀態。(咱們是要想從一個文件描述符中讀或者寫，仍是關注一個描述符中是否出現異常)

      •咱們要等待多長時間。(咱們能夠等待無限長的時間，等待固定的一段時間，或者根本就不等待)

從 select函數返回後，內核告訴咱們一下信息：

      •對咱們的要求已經作好準備的描述符的個數

      •對於三種條件哪些描述符已經作好準備.(讀，寫，異常)

       有了這些返回信息，咱們能夠調用合適的I/O函數(一般是 read 或 write)，而且這些函數不會再阻塞.

       select函數原型以下：

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

select系統調用是用來讓咱們的程序監視多個文件句柄(socket 句柄)的狀態變化的。程序會停在select這裏等待，直到被監視的文件句柄有一個或多個發生了狀態改變。返回：作好準備的文件描述符的個數，超時爲0，錯誤爲 -1.

        首先咱們先看一下最後一個參數。它指明咱們要等待的時間：

[cpp] view plain copy

1. struct timeval{        
2.         long tv_sec;   /*秒 */  
3.         long tv_usec;  /*微秒 */     
4.     }  

有三種狀況：

        timeout == NULL  等待無限長的時間。等待能夠被一個信號中斷。當有一個描述符作好準備或者是捕獲到一個信號時函數會返回。若是捕獲到一個信號， select函數將返回 -1,並將變量 erro設爲 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會被測試，而且返回知足要求的描述符的個數。這種方法經過輪詢，無阻塞地得到了多個文件描述符狀態。

        timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的時間。當有描述符符合條件或者超過超時時間的話，函數返回。在超時時間即將用完但又沒有描述符合條件的話，返回 0。對於第一種狀況，等待也會被信號所中斷。 

       中間的三個參數 readset, writset, exceptset,指向描述符集。這些參數指明瞭咱們關心哪些描述符，和須要知足什麼條件(可寫，可讀，異常)。一個文件描述集保存在 fd_set 類型中。fd_set類型變量每一位表明了一個描述符。咱們也能夠認爲它只是一個由不少二進制位構成的數組。以下圖所示：

   

         對於 fd_set類型的變量咱們所能作的就是聲明一個變量，爲變量賦一個同種類型變量的值，或者使用如下幾個宏來控制它：

[cpp] view plain copy

1. #include <sys/select.h>     
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宏將一個 fd_set類型變量的全部位都設爲 0，使用FD_SET將變量的某個位置位。清除某個位時可使用FD_CLR，咱們可使用FD_ISSET來測試某個位是否被置位。

       當聲明瞭一個文件描述符集後，必須用FD_ZERO將全部位置零。以後將咱們所感興趣的描述符所對應的位置位，操做以下：

[cpp] view plain copy

1. fd_set rset;     
2. int fd;     
3. FD_ZERO(&rset);     
4. FD_SET(fd, &rset);     
5. FD_SET(stdin, &rset);  

select返回後，用FD_ISSET測試給定位是否置位：

[cpp] view plain copy

1. if(FD_ISSET(fd, &rset)     
2.   
3. { ... }  

    具體解釋select的參數：

（1）intmaxfdp是一個整數值，是指集合中全部文件描述符的範圍，即全部文件描述符的最大值加1，不能錯。

說明：對於這個原理的解釋能夠看上邊fd_set的詳細解釋，fd_set是以位圖的形式來存儲這些文件描述符。maxfdp也就是定義了位圖中有效的位的個數。

（2）fd_set*readfds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，咱們是要監視這些文件描述符的讀變化的，即咱們關心是否能夠從這些文件中讀取數據了，若是這個集合中有一個文件可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可讀；若是沒有可讀的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。能夠傳入NULL值，表示不關心任何文件的讀變化。

（3）fd_set*writefds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，咱們是要監視這些文件描述符的寫變化的，即咱們關心是否能夠向這些文件中寫入數據了，若是這個集合中有一個文件可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可寫，若是沒有可寫的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。能夠傳入NULL值，表示不關心任何文件的寫變化。

（4）fd_set*errorfds同上面兩個參數的意圖，用來監視文件錯誤異常文件。

（5）structtimeval* timeout是select的超時時間，這個參數相當重要，它可使select處於三種狀態，第一，若將NULL以形參傳入，即不傳入時間結構，就是將select置於阻塞狀態，必定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化爲止；第二，若將時間值設爲0秒0毫秒，就變成一個純粹的非阻塞函數，無論文件描述符是否有變化，都馬上返回繼續執行，文件無變化返回0，有變化返回一個正值；第三，timeout的值大於0，這就是等待的超時時間，即 select在timeout時間內阻塞，超時時間以內有事件到來就返回了，不然在超時後無論怎樣必定返回，返回值同上述。

說明：

函數返回：

（1）當監視的相應的文件描述符集中知足條件時，好比說讀文件描述符集中有數據到來時，內核(I/O)根據狀態修改文件描述符集，並返回一個大於0的數。

（2）當沒有知足條件的文件描述符，且設置的timeval監控時間超時時，select函數會返回一個爲0的值。

（3）當select返回負值時，發生錯誤。

select模型：

    理解select模型的關鍵在於理解fd_set,爲說明方便，取fd_set長度爲1字節，fd_set中的每一bit能夠對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大能夠對應8個fd。

（1）執行fd_set set;FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。

（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);後set變爲0001,0000(第5位置爲1)

（3）若再加入fd＝2，fd=1,則set變爲0001,0011

（4）執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

（5）若fd=1,fd=2上都發生可讀事件，則select返回，此時set變爲0000,0011。注意：沒有事件發生的fd=5被清空。

    基於上面的討論，能夠輕鬆得出select模型的特色：

（1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個文件描述符，則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。聽說可調，另有說雖然可調，但調整上限受於編譯內核時的變量值。

（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd，一是用於再select返回後，array做爲源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把之前加入的但並沒有事件發生的fd清空，則每次開始 select前都要從新從array取得fd逐一加入（FD_ZERO最早），掃描array的同時取得fd最大值maxfd，用於select的第一個參數。

（3）可見select模型必須在select前循環array（加fd，取maxfd），select返回後循環array（FD_ISSET判斷是否有時間發生）。

服務器代碼：

 

[cpp] view plain copy

1. #include<stdio.h>    
2. #include<stdlib.h>    
3. #include<netinet/in.h>    
4. #include<sys/socket.h>    
5. #include<arpa/inet.h>    
6. #include<string.h>    
7. #include<unistd.h>    
8. #define BACKLOG 5     //完成三次握手但沒有accept的隊列的長度    
9. #define CONCURRENT_MAX 8   //應用層同時能夠處理的鏈接    
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.     //建立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.     //綁定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;  //超時時間設置    
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 <STDIN_FILENO)    
55.         {    
56.             max_fd = STDIN_FILENO;    
57.         }    
58.         //printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO);    
59.     //服務器端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.     //客戶端鏈接    
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 出錯\n");    
83.             continue;    
84.         }    
85.         else if(ret == 0)    
86.         {    
87.             printf("select 超時\n");    
88.             continue;    
89.         }    
90.         else    
91.         {    
92.             //ret 爲未狀態發生變化的文件描述符的個數    
93.             if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set))    
94.             {    
95.                 printf("發送消息：\n");    
96.                 bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);    
97.                 fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);    
98.                 //輸入「.quit"則退出服務器    
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.                 //有新的鏈接請求    
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("新客戶端(%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, "服務器加入的客戶端數達到最大值,沒法加入!\n");    
139.                         send(client_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);    
140.                         printf("客戶端鏈接數達到最大值，新客戶端加入失敗 %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.                         //處理某個客戶端過來的消息    
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("客戶端(%d):%s\n", i, recv_msg);    
161.                         }    
162.                         else if(byte_num < 0)    
163.                         {    
164.                             printf("從客戶端(%d)接受消息出錯.\n", i);    
165.                         }    
166.                         else    
167.                         {    
168.                             FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set);    
169.                             client_fds[i] = 0;    
170.                             printf("客戶端(%d)退出了\n", i);    
171.                         }    
172.                     }    
173.                 }    
174.             }    
175.         }    
176.     }    
177.     return 0;    
178. }   

客戶端代碼：

[cpp] view plain copy

1. #include<stdio.h>    
2. #include<stdlib.h>    
3. #include<netinet/in.h>    
4. #include<sys/socket.h>    
5. #include<arpa/inet.h>    
6. #include<string.h>    
7. #include<unistd.h>    
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("發送消息出錯!\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("服務器:%s\n", recv_msg);    
62.             }    
63.             else if(byte_num < 0)    
64.             {    
65.             printf("接受消息出錯!\n");    
66.             }    
67.             else    
68.             {    
69.             printf("服務器端退出!\n");    
70.             exit(0);    
71.             }    
72.         }    
73.         }    
74.     //}    
75.     }    
76.     return 0;    
77. }   

在linux下操做：

新建三個文件 server.cpp android_client.cpp web_clinet.cpp，一個服務器，兩個客戶端，客戶端代碼同樣。將代碼複製到對應文件。

開始編譯：

g++ -o server server.cpp 

g++ -o android_client android_client.cpp

g++ -o web_clinet web_clinet.cpp

運行：

./server

./android_client

./web_clinet

結果顯示服務器加入兩個客戶端。