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网络编程_day4

时间：2024-10-28 23:21:35浏览次数：5  
标签：int day4 编程 网络 描述符 FD fd include buf

目录

【1】Linux IO模型：IO多路复用

场景假设二

select

1. 特点

2. 编程步骤

3. 函数接口

4. 练习

5. 超时检测

概念

必要性

poll

1. 特点

2. 编程步骤

3. 函数接口

4. 练习

【1】Linux IO模型：IO多路复用

场景假设二

假设妈妈有三个孩子，分别不同的房间里睡觉，需要及时获知每个孩子是否醒了，如何做？

  1. 一直在一个房间呆着：看不到其他两个孩子
  2. 每个房间不停的看：可以但是超级无敌累
  3. 听孩子哭不哭：不可行，因为只有一个信号，分辨不出来哪个孩子哭
  4. 妈妈在客厅呆着睡觉，孩子醒了之后会自己出来告诉妈妈醒了：既可以休息，也可以及时的获取还是是否醒了

  • 应用程序中同时处理多路输入输出流，若采用阻塞模式，得不到预期的目的；

● 若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；

● 若设置多个进程/线程，分别处理一条数据通路，将新产生进程/线程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；

● 比较好的方法是使用I/O多路复用技术。其（select）基本思想是：

○ 先构造一张有关描述符的表（最大1024），然后调用一个函数。

○ 当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时函数才返回。

○ 函数返回时告诉进程哪个描述符已就绪，可以进行I/O操作。

 

select

1. 特点

  1. 一个进程最多可以监听1024个文件描述符
  2. select每次被唤醒之后，要重新轮询表，效率低
  3. select每次都会清空未发生响应的文件描述符，每次都要经过用户空间拷贝内核空间，效率低，开销大

2. 编程步骤

  1. 构造一张关于文件描述符的表
  2. 清空表 FD_ZERO
  3. 将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
  4. 调用select函数，监听 select
  5. 判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
  6. 做对应的逻辑处理

3. 函数接口

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能：
	实现IO的多路复用
参数：
	nfds：关注的最大的文件描述符+1
    readfds：关注的读表
	writefds：关注的写表 
	exceptfds：关注的异常表
	timeout：超时的设置
		NULL：一直阻塞，直到有文件描述符就绪或出错
		时间值为0：仅仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回
		时间值不为0：在指定时间内，如果没有事件发生，则超时返回0，并清空设置的时间值

struct timeval {
    long tv_sec;		/* 秒 */
    long tv_usec;	/* 微秒 = 10^-6秒 */
};

返回值：
	成功：准备好的文件描述符的个数
	失败：-1 
	0：超时检测时间到并且没有文件描述符准备好	

注意：
	select返回后，关注列表中只存在准备好的文件描述符
操作表：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除集合中的fd位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd放入关注列表中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在集合中  是--》1   不是---》0
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空关注列表

4. 练习

练习一：输入鼠标的时候， 响应鼠标事件， 输入键盘的时候， 响应键盘事件 (两路IO)

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds;
    while (1)
    {
        // 2.清空表 FD_ZERO
        FD_ZERO(&rfds);
        // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
        FD_SET(fd, &rfds); // 鼠标
        FD_SET(0, &rfds);  // 键盘

        // 4.调用select函数，监听 select
        int ret = select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &rfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(fd, &rfds))
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(fd);

    return 0;
}

练习二：用select创建并发服务器，可以同时连接多个客户端 （0，sockfd）（12min）

循环服务器：一个客户端可以连接多个客户端，但是不能同时

并发服务器：一个服务器可以同时处理多个客户端的请求

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    while (1)
    {
        maxfd = sockfd;
        //将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

练习三：用select创建并发服务器，可以与多个客户端进行通信（监听键盘、socket、多个acceptfd）

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    maxfd = sockfd;
    while (1)
    {
        // 将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
            // 将用于通信的文件描述符放到表中
            FD_SET(acceptfd, &rfds);
            if (acceptfd > maxfd)
                maxfd = acceptfd;
            // 4 5 6 7 8 9
        }
        for (int i = sockfd + 1; i <= maxfd; i++)
        {
            if (FD_ISSET(i, &tempfds))
            {
                ret = recv(i, buf, sizeof(buf), 0);
                if (ret < 0)
                {
                    perror("recv err");
                    break;
                }
                else if (ret == 0)
                {
                    printf("client exit\n");
                    close(i);         // 关闭对应的用于通信的文件描述符
                    FD_CLR(i, &rfds); // 将文件描述符从原表中删除
                    //4 5 6    
                    while (!FD_ISSET(maxfd, &rfds))
                        maxfd--;
                }
                else
                {
                    printf("buf:%s\n", buf);
                }
            }
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

5. 超时检测

概念

    什么是网络超时检测呢，比如某些设备的规定，发送请求数据后，如果多长时间后没有收到来自设备的回复，那么需要做出一些特殊的处理

    比如: 链接wifi的时候，等了好长时间也没有连接上，此时系统会发送一个消息： 网络连接失败；

必要性

1.  避免进程在没有数据时无限制的阻塞;

2. 规定时间未完成语句应有的功能,则会执行相关功能;

poll

1. 特点

  1. 优化了文件描述符的限制
  2. poll每次唤醒之后，需要重新轮询，效率低，耗费CPU
  3. poll不需要构造文件描述符的表，采用结构体数组，每次调用也要经过用户空间到内核空间的拷贝

2. 编程步骤

  1. 创建结构体数组
  2. 将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件
  3. 保存数组内最后一个有效元素的下标
  4. 调用poll函数，监听
  5. 判断结构体内文件描述符实际触发的事件
  6. 根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理

3. 函数接口

 

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
功能: 监视并等待多个文件描述符的属性变化
参数：
	  1.struct pollfd *fds:   关心的文件描述符数组,大小自己定义
   若想检测的文件描述符较多,则建 立结构体数组struct pollfd fds[N]; 
           struct pollfd{
	                  int fd;	 //文件描述符
	             short events;//等待的事件触发条件----POLLIN读时间触发
	             short revents;	//实际发生的事件(未产生事件: 0 ))
                            }
	    2.   nfds:    最大文件描述符个数
	    3.  timeout： 超时检测 (毫秒级)：1000 == 1s      
                    如果-1，阻塞          如果0,不阻塞
返回值：  <0 出错		>0 表示有事件产生;
              如果设置了超时检测时间：&tv	   ==0 表示超时时间已到;

4. 练习

    输入键盘事件，响应键盘事件，输入鼠标事件，响应鼠标事件（两路IO）

#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int ret;
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.创建结构体数组
    struct pollfd fds[2];
    // 2.将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件
    fds[0].fd = 0;          // 键盘
    fds[0].events = POLLIN; // 想要发生的事件
    // fds[0].revents=;//实际发生的事件

    fds[1].fd = fd;
    fds[1].events = POLLIN;
    // 3.保存数组内最后一个有效元素的下标
    int last = 1;
    // 4.调用poll函数，监听
    while (1)
    {

        ret = poll(fds, last + 1, 2000);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll err");
            return -1;
        }
        else if (ret == 0)
        {
            printf("time out\n");
        }
        // 5.判断结构体内文件描述符实际触发的事件
        if (fds[0].revents == POLLIN)
        {
            // 6.根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (fds[1].revents == POLLIN)
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }

    close(fd);

    return 0;
}

练习：使用poll实现client的收发功能

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <poll.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket is err:");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("connect is err:");
        return -1;
    }

    // 1.创建结构体数组
    struct pollfd fds[100];

    // 2.将关心的文件描述符以及属性添加到数组内
    fds[0].fd = 0;
    fds[0].events = POLLIN;

    fds[1].fd = sockfd;
    fds[1].events = POLLIN;

    // 3.保存以下数组的有效下标
    int nfds = 1;

    while (1)
    {
        // 4.poll轮训检测
        int ret = poll(fds, nfds + 1, -1);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll is err:");
            return -1;
        }
        char buf[128]={0};
        // 5.处理发生事件的文件描述符相关逻辑代码
        if (fds[0].revents == POLLIN)
        {

            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
                buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
            // send 写阻塞 ： 当发送缓存区满， 写不进去的时候， 写才会阻塞
            send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
        }
        if (fds[1].revents == POLLIN)
        {
            // recv 读阻塞：  当接受缓存区空， 读才会阻塞
            int recvbyte = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
            if (recvbyte < 0)
            {
                perror("recv is err:");
                return -1;
            }
            else
            {
                printf("%s\n", buf);
            }
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

作业：

  1. 复习今天所学的内容，尤其select实现并发服务器
  2. 完成poll对应的代码练习
  3. udp：实现如客户端发送"hello"给服务器端，服务器接着给客户端回，"recv:hello!!!!!"

客户端发送字符串给到服务器端接收，服务器接收之后拼接回复给客户端，客户端再接收数据并打印

拼接：sprintf buf-->24072 recv:24072！！！！！

printf（“recv：%s!!!!!",buf）；

fprintf（stdout,“recv：%s!!!!!",buf)；

sprintf(buff,“recv：%s!!!!!",buf);

分析：（注：saddr：服务器信息 caddr：客户端信息）
1.客户端从终端获取字符串，发送给服务器（sendto（saddr））
2.服务器接收客户端发来的消息（recvfrom（caddr））
3.拼接字符串（sprintf）
4.服务器将拼接好的字符串发送给客户端（sendto（caddr））
5.客户端接收服务器发送的字符串（recvfrom（））

客户端

服务器

 

标签：int,day4,编程,网络,描述符,FD,fd,include,buf
From： https://blog.csdn.net/weixin_63791423/article/details/143312974

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