I/O复用：异步聊天
一.I/O复用
在《TCP套接字编程》的同步聊天程序中，我们看到TCP客户同时处理两个输入：标准输入和TCP套接字。考虑在客户阻塞于标准输入fgets调用时，服务器进程被杀死，服务器TCP虽然会给客户TCP发送一个FIN，但是客户客户进程正阻塞于标准输入读入过程，它将看不到这个EOF，直到从套接字读时为止。这样的进程需要一种预先告知内核的能力，使得内核一旦发现内核指定的一个或多个I/O条件就绪，它就通知进程。这个能力就称之为I/O复用，由select和poll这两个函数支持。
I/O复用通常应用在下列场合：
- 当客户处理多个应用场合时（交互式输入和网络套接字）；
- 一个客户同时处理多个套接字；
- 一个TCP服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字；
- 一个服务器既要处理TCP，又要处理UDP；
- 一个服务器要处理多个服务或者多个协议。
二.select函数
select函数允许进程指示内核等待多个事件中的任意一个发生，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定时间后才唤醒它。
#include<sys/select.h> #include<sys/time.h> int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout);
返回：若有就绪描述符则返回其数目，若超时返回0，若出错返回1。
头文件<sys/select.h>中定义的FD——SETSIZE常值是数据类型fd_set中的描述符总数，其值通常是1024。
maxfdp1参数指定带测试的描述符个数，它的值是带测试最大描述符加1，描述符0，1，2，...，maxfdp1-1均将被测试。
中间三个参数readset，writeset和exceptset指定我们要让内核测试读/写和异常条件的描述符。
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //clear all bits in fdset void FD_SET(int fd,fd_set *fdset); //turn on the bit for fd in fdset void FD_CLR(int fd,fd-set *fdset); //turn off the bit for fd in fdset int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset); //is the bit for fd on in fdset?
其中，描述符集的初始化非常重要。
参数timeout告知内核等待所指定描述符中的任何一个就绪可花多少时间，timeval结构用于指定这段时间的秒数和微妙数。
struct timeval
{
long tv_sec; //second
long tv_usec; //microsecond
};
这个参数有三种可能：
- 永远等待下去：仅在有一个描述符准备好I/O时才返回，为此，把该参数设为空；
- 等待一段固定时间：在有一个描述符准备好I/O时返回，但是不超过timeval所指定时间；
- 根本不等待：检查描述符后立即返回，这个称为轮询（polling），为此，秒数和微妙数必须为0。
三.异步聊天程序
写一个TCP异步聊天程序来加深理解。
服务器代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include<time.h>
#define MAXSIZE 1024
#define PORT 8080
#define BACKLOG 10
int main(int argc,char **argv)
{
int listenfd,connfd;
struct sockaddr_in servaddr,cliaddr;
socklen_t len;
char message[MAXSIZE];
fd_set rfds;
// struct timeval tv;
int retval,maxfd=-1;
if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
else printf("socket create success!\n");
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port=htons(PORT);
if((bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(struct sockaddr)))==-1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
else printf("bind success!\n");
if(listen(listenfd,BACKLOG)==-1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
else printf("sever is listening!\n");
for( ; ; )
{
printf("等待连接...\n");
len=sizeof(struct sockaddr);
if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&len))==-1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
else printf("客户端:%s: %d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),ntohs(cliaddr.sin_port));
printf("开始聊天!\n");
for( ; ; )
{
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0,&rfds);
maxfd=0;
FD_SET(connfd,&rfds);
if(connfd>maxfd) maxfd=connfd;
retval=select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,NULL);
if(retval==-1)
{
printf("select出错！%s",strerror(errno));
break;
}
else if(retval==0)
{
printf("等待对方输入...\n");
continue;
}
else
{
if(FD_ISSET(0,&rfds))
{
bzero(message,MAXSIZE);
printf("输入：");
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "quit", 4))
{
printf("终止聊天!\n");
break;
}
else len=send(connfd,message,strlen(message),0);
if(len<0)
{
printf("发送失败");
break;
}
}
if(FD_ISSET(connfd,&rfds))
{
bzero(message,MAXSIZE);
len=recv(connfd,message,MAXSIZE,0);
if(len>0) printf("客户端：%s",message);
else
{
if(len<0) printf("接受消息失败！\n");
else printf("客户端不在线！\n");
break;
}
}
}
}
close(connfd);
printf("是否退出服务器[Y/N]:");
bzero(message,MAXSIZE);
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "Y", 1))
{
printf("服务器已退出！\n");
break;
}
}
close(listenfd);
return 0;
}
客户端代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#define MAXSIZE 1024
#define PORT 8080
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
socklen_t len;
fd_set rfds;
// struct timeval tv;
int retval,maxfd=-1;
char message[MAXSIZE];
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
else printf("socket create success!\n");
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
inet_aton(argv[1],&servaddr.sin_addr);
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
perror("connect");
exit(1);
}
else printf("conncet success!\n");
for( ; ; )
{
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0,&rfds);
maxfd=0;
FD_SET(sockfd,&rfds);
if(sockfd>maxfd) maxfd=sockfd;
retval=select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,NULL);
if(retval==-1)
{
printf("select出错！%s",strerror(errno));
break;
}
else if(retval==0)
{
printf("等待对方输入...\n");
continue;
}
else
{
if(FD_ISSET(sockfd,&rfds))
{
bzero(message,MAXSIZE);
len=recv(sockfd,message,MAXSIZE,0);
if(len>0)
printf("服务器：%s",message);
else
{
if(len<0) printf("接受消息失败！\n");
else printf("服务器已退出！\n");
break;
}
}
if(FD_ISSET(0,&rfds))
{
bzero(message,MAXSIZE);
printf("输入：");
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "quit", 4))
{
printf("client 请求终止聊天!\n");
break;
}
else len = send(sockfd,message,strlen(message),0);
if(len<0)
{
printf("消息发送失败!\n");
break;
}
}
}
}
close(sockfd);
return 0;
}
编译：
gcc -Wall server.c -o server gcc -Wall client.c -o client
服务器运行结果：
./server socket create success! bind success! sever is listening! 等待连接... 客户端:127.0.0.1: 50235 开始聊天! 客户端： 客户端：你好啊，服务器！ 客户端：我是客户。 输入：你好啊，客户端！ 输入：客户端： 客户端：Byebye！ 客户端不在线！ 是否退出服务器[Y/N]:Y 服务器已退出！
客户端运行结果：
./client 127.0.0.1 socket create success! conncet success! 输入：你好啊，服务器！ 输入：我是客户端。 输入：服务器： 服务器：你好啊，客户端！ 输入：Byebye！ 输入：quit 输入：client 请求终止聊天!
