网络编程——C++实现socket通信(TCP)高并发之select模式

bigegpt 2024-11-27 11:44 7 浏览

相关函数：

服务端：
socket()
bind()
listen()
FD_ZERO()等辅助函数
select() 高并发select模式
accept()
read() 或 recv()等
write() 或 send()等
close()
客户端：
socket()
connect()
write() 或 send()等
read() 或 recv()等
close()

着重说明下select函数及辅助函数用法说明。

调用select()函数之后，select()函数会清空它所检测的socket描述符集合，所以每次调用select()之前都必须把socket描述符重新加入到待检测的集合中。
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
-nfds: 监听的最大文件描述符值+1
-readfds: 监听socket可读事件的集合的指针 (经常用到的)
-writefds: 监听socket可写事件的集合的指针
-execptfds:监听socket异常事件的集合的指针
-timeout: 设置select监听的超时时间，NULL表示阻塞监听，0表示不阻塞立即返回，>0表示阻塞等待timeout时长
处理三个集合fd_set(实质是位图)的辅助函数：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//清除集合set中指定fd的位
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断set中指定fd的位是否为真(也就是fd是否在集合set中)
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//设置集合set中指定fd的位
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空集合set

注意：每当服务端连接断开后，进入TIME_WAIT状态，等待2msl时间之后才能重新使用IP和端口，否则在bind时就会报错。要解决这个问题可以在程序开始时调用端口复用函数setsockopt。原型如下：

//int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
/*　sockfd：标识一个套接口的描述字。
　　 level：选项定义的层次；支持SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP和IPPROTO_IPV6。
　　 optname：需设置的选项。
　　 optval：指针，指向存放选项值的缓冲区
　　 optlen：optval缓冲区长度。
　　返回值：成功返回0，失败返回 -1. */
　　
实际调用：
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

废话不多说，上源码！

实现的功能：客户端C向服务端S发送一串字符数据，S端会对字符串做转大写操作然后回发给C端。直接在咱们Tcp_Server.cpp基础上修改代码

服务端Select_Server.cpp

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/select.h>//select() 头文件
#define MAXSIZE 1024
#define IP_ADDR "127.0.0.1"
#define IP_PORT 8888
int main()
{
int i_listenfd, i_connfd;
struct sockaddr_in st_sersock;
char msg[MAXSIZE];
int nrecvSize = 0;
int maxfd = -1;//记录最大fd
fd_set readfds;
int allfds[MAXSIZE];//存放当前所有可用的fd的数组
int index = 0;//记录fd数组中最大fd对应的下标
for(i : allfds)
{
i = -1;
}
if((i_listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0)//建立socket套接字
{
printf("socket Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
memset(&st_sersock, 0, sizeof(st_sersock));
st_sersock.sin_family = AF_INET; //IPv4协议
st_sersock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY转换过来就是0.0.0.0，泛指本机的意思，也就是表示本机的所有IP，因为有些机子不止一块网卡，多网卡的情况下，这个就表示所有网卡ip地址的意思。
st_sersock.sin_port = htons(IP_PORT);
if(bind(i_listenfd,(struct sockaddr*)&st_sersock, sizeof(st_sersock)) < 0) //将套接字绑定IP和端口用于监听
{
printf("bind Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
if(listen(i_listenfd, 20) < 0)//设定可同时排队的客户端最大连接个数
{
printf("listen Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
allfds[index] = maxfd = i_listenfd;//先赋值
printf("======waiting for client's request======\n");
//准备接受客户端连接
while(1)
{
FD_ZERO(&readfds);
for(int i = 0; i<= index; i++)
{
FD_SET(allfds[i], &readfds);//加入可读事件集合中
printf("----------allfds中的元素allfds[%d]:%d\n", i, allfds[i]);
}
int nCount = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, NULL);//select,返回共监听到有多少个fd上有事件
printf("----------select监听到可读事件计数:%d\n",nCount);
for(int i = 0; i < MAXSIZE; i++)
{
if(nCount == 0)
{
break;
}
if(!FD_ISSET(allfds[i], &readfds))
{
continue;//不在监听事件中则跳过
}
printf("----------即将处理监听到的 allfds[%d]: %d\n", i, allfds[i]);
if(allfds[i] == i_listenfd)//监听到有客户端连接
{
nCount--;
if((i_connfd = accept(i_listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) < 0)//阻塞等待客户端连接
{
printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
//continue;
}
else
{
printf("Client[%d], welcome!\n", i_connfd);
}
for(int n = 0; n < MAXSIZE; n++)
{
if(allfds[n] == -1)//将新客户端fd加入数组中
{
allfds[n] = i_connfd;
maxfd < i_connfd ? maxfd = i_connfd : true ;
index < n ? index = n : true ;
printf("将新客户端fd加入数组中. fd:%d, maxfd:%d, index:%d\n", allfds[n], maxfd, index);
break;
}
}
}
else//监听到已连接的客户端发来的数据
{
nCount--;
//接受客户端发来的消息并作处理(小写转大写)后回写给客户端
memset(msg, 0 ,sizeof(msg));
if((nrecvSize = read(allfds[i], msg, MAXSIZE)) < 0)
{
printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
continue;
}
else if( nrecvSize == 0)//read返回0代表对方已close断开连接。
{
printf("client has disconnected!\n");
if(maxfd == allfds[i])
{
maxfd--;
}
if(index == i)
{
index--;
}
close(allfds[i]); //
FD_CLR(allfds[i], &readfds);//清除readfds中对它的监听事件
allfds[i] = -1;//清除数组中相应位置
continue;
}
else
{
printf("recvMsg:%s", msg);
for(int i=0; msg[i] != '\0'; i++)
{
msg[i] = toupper(msg[i]);
}
if(write(allfds[i], msg, strlen(msg)+1) < 0)
{
printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}
}
}
}
}//while
close(i_listenfd);
return 0;
}

客户端Select_Client.cpp (直接用咱们Tcp_Client.cpp就可以)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAXSIZE 1024
#define IP_ADDR "127.0.0.1"
#define IP_PORT 8888
int i_sockfd = -1;
void SigCatch(int sigNum)//信号捕捉函数(捕获Ctrl+C)
{
if(i_sockfd != -1)
{
close(i_sockfd);
}
printf("Bye~! Will Exit...\n");
exit(0);
}
int main()
{
struct sockaddr_in st_clnsock;
char msg[1024];
int nrecvSize = 0;
signal(SIGINT, SigCatch);//注册信号捕获函数
if((i_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0)//建立套接字
{
printf("socket Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
memset(&st_clnsock, 0, sizeof(st_clnsock));
st_clnsock.sin_family = AF_INET; //IPv4协议
//IP地址转换(直接可以从物理字节序的点分十进制转换成网络字节序)
if(inet_pton(AF_INET, IP_ADDR, &st_clnsock.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
st_clnsock.sin_port = htons(IP_PORT);//端口转换(物理字节序到网络字节序)
if(connect(i_sockfd, (struct sockaddr*)&st_clnsock, sizeof(st_clnsock)) < 0)//主动向设置的IP和端口号的服务端发出连接
{
printf("connect Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
printf("======connect to server, sent data======\n");
while(1)//循环输入，向服务端发送数据并接受服务端返回的数据
{
fgets(msg, MAXSIZE, stdin);
printf("will send: %s", msg);
if(write(i_sockfd, msg, MAXSIZE) < 0)//发送数据
{
printf("write Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
memset(msg, 0, sizeof(msg));
if((nrecvSize = read(i_sockfd, msg, MAXSIZE)) < 0)//接受数据
{
printf("read Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}
else if(nrecvSize == 0)
{
printf("Service Close!\n");
}
else
{
printf("Server return: %s\n", msg);
}
}
return 0;
}

c++sin

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