linux下socket编程实现一个服务器连接多个客户端
来源：互联网 发布：mac 手写 编辑：程序博客网 时间：2024/05/16 04:55
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：
struct timeval{ long tv_sec; /*秒 */ long tv_usec; /*微秒 */ }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：
#include <sys/select.h> int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset); int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set); 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：
fd_set rset; int fd; FD_ZERO(&rset); FD_SET(fd, &rset); FD_SET(stdin, &rset);
select返回后，用FD_ISSET测试给定位是否置位：
if(FD_ISSET(fd, &rset) { ... }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：#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/socket.h> #include<arpa/inet.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #define BACKLOG 5 //完成三次握手但没有accept的队列的长度 #define CONCURRENT_MAX 8 //应用层同时可以处理的连接 #define SERVER_PORT 11332 #define BUFFER_SIZE 1024 #define QUIT_CMD ".quit" int client_fds[CONCURRENT_MAX]; int main(int argc, const char * argv[]) { char input_msg[BUFFER_SIZE]; char recv_msg[BUFFER_SIZE]; //本地地址 struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); bzero(&(server_addr.sin_zero), 8); //创建socket int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(server_sock_fd == -1) { perror("socket error"); return 1; } //绑定socket int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)); if(bind_result == -1) { perror("bind error"); return 1; } //listen if(listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1) { perror("listen error"); return 1; } //fd_set fd_set server_fd_set; int max_fd = -1; struct timeval tv; //超时时间设置 while(1) { tv.tv_sec = 20; tv.tv_usec = 0; FD_ZERO(&server_fd_set); FD_SET(STDIN_FILENO, &server_fd_set); if(max_fd <STDIN_FILENO) { max_fd = STDIN_FILENO; } //printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO); //服务器端socket FD_SET(server_sock_fd, &server_fd_set); // printf("server_sock_fd=%d\n", server_sock_fd); if(max_fd < server_sock_fd) { max_fd = server_sock_fd; } //客户端连接 for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++) { //printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]); if(client_fds[i] != 0) { FD_SET(client_fds[i], &server_fd_set); if(max_fd < client_fds[i]) { max_fd = client_fds[i]; } } } int ret = select(max_fd + 1, &server_fd_set, NULL, NULL, &tv); if(ret < 0) { perror("select 出错\n"); continue; } else if(ret == 0) { printf("select 超时\n"); continue; } else { //ret 为未状态发生变化的文件描述符的个数 if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set)) { printf("发送消息：\n"); bzero(input_msg, BUFFER_SIZE); fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin); //输入“.quit"则退出服务器 if(strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0) { exit(0); } for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) { if(client_fds[i] != 0) { printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]); send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0); } } } if(FD_ISSET(server_sock_fd, &server_fd_set)) { //有新的连接请求 struct sockaddr_in client_address; socklen_t address_len; int client_sock_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len); printf("new connection client_sock_fd = %d\n", client_sock_fd); if(client_sock_fd > 0) { int index = -1; for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) { if(client_fds[i] == 0) { index = i; client_fds[i] = client_sock_fd; break; } } if(index >= 0) { 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)); } else { bzero(input_msg, BUFFER_SIZE); strcpy(input_msg, "服务器加入的客户端数达到最大值,无法加入!\n"); send(client_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0); 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)); } } } for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++) { if(client_fds[i] !=0) { if(FD_ISSET(client_fds[i], &server_fd_set)) { //处理某个客户端过来的消息 bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE); long byte_num = recv(client_fds[i], recv_msg, BUFFER_SIZE, 0); if (byte_num > 0) { if(byte_num > BUFFER_SIZE) { byte_num = BUFFER_SIZE; } recv_msg[byte_num] = '\0'; printf("客户端(%d):%s\n", i, recv_msg); } else if(byte_num < 0) { printf("从客户端(%d)接受消息出错.\n", i); } else { FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set); client_fds[i] = 0; printf("客户端(%d)退出了\n", i); } } } } } } return 0; } 客户端代码：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/socket.h> #include<arpa/inet.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #define BUFFER_SIZE 1024 int main(int argc, const char * argv[]) { struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(11332); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); bzero(&(server_addr.sin_zero), 8); int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(server_sock_fd == -1) { perror("socket error"); return 1; } char recv_msg[BUFFER_SIZE]; char input_msg[BUFFER_SIZE]; if(connect(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == 0) { fd_set client_fd_set; struct timeval tv; while(1) { tv.tv_sec = 20; tv.tv_usec = 0; FD_ZERO(&client_fd_set); FD_SET(STDIN_FILENO, &client_fd_set); FD_SET(server_sock_fd, &client_fd_set); select(server_sock_fd + 1, &client_fd_set, NULL, NULL, &tv); if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &client_fd_set)) { bzero(input_msg, BUFFER_SIZE); fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin); if(send(server_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0) == -1) { perror("发送消息出错!\n"); } } if(FD_ISSET(server_sock_fd, &client_fd_set)) { bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE); long byte_num = recv(server_sock_fd, recv_msg, BUFFER_SIZE, 0); if(byte_num > 0) { if(byte_num > BUFFER_SIZE) { byte_num = BUFFER_SIZE; } recv_msg[byte_num] = '\0'; printf("服务器:%s\n", recv_msg); } else if(byte_num < 0) { printf("接受消息出错!\n"); } else { printf("服务器端退出!\n"); exit(0); } } } //} } return 0; } 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++ -oandroid_clientandroid_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。
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