Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码(转)
Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码
大家都知道各类网络服务器程序的编写步骤,并且都知道网络服务器就两大类:循环服务和并发服务。这里附上源代码来个小结吧。
首先,循环网络服务器编程实现的步骤是这样的:
建立socket(这里用到socket()函数及函数setsockopt())
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把socket和IP地址及端口绑定(这里用到bind函数)
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开始监听(这里用到listen()函数)
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----------------------- | 有连接|
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| 接受新的连接(这里用到accept()函数)
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| 从连接里读取数据(这里用到recv()系统函数,当然也可以是read()函数) |
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| 返回信息给连接(这里用到send()系统函数,当然也可以是write()函 数) |
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| | 还有数据 |-Y-------------------------------------------------------
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这种服务器模型是典型循环服务,如果不加上多进程/线程技术,此种服务吞吐量有限,大家都可以看到,如果前一个连接服务数据没有收发完毕后面的连接没办法处理。所以一般有多进程技术,对一个新连接启用一个新进程去处理,而监听socket继续监听。
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码
*purpose: 记录Linux下各类tcp服务程序源代码
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2006-07-04 22:00:00
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
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一个循环TCP服务源代码(因为用fork进行多进程服务了,所以这种服务现实中也有用)如下:
/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ if(argv[1]) myport = atoi(argv[1]); if(argv[2]) lisnum = atoi(argv[2]); if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { if (listen(sockfd, lisnum) == -1) { |
一个测试客户端代码如下:
/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ int main(int argc, char *argv[]) if(argv[2]) myport = atoi(argv[2]); if (argc != 3) { |
用gcc cycletcpserver.c -o tcpserver和gcc cycletcpclient.c -o tcpclient分别编译上述代码后运行情况如下:
服务端运行显示:
administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpserver server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 |
客户端运行显示:
administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 |
不得不说的一个概念性问题:阻塞与非阻塞
在
阻塞服务中,当服务器运行到accept语句而没有客户连接服务请求到来,那么会发生什么情况?这时服务器就会停止在accept语句上等待连接服务请求
的到来;同样,当程序运行到接收数据语句recv时,如果没有数据可以读取,则程序同样会停止在接收语句上。这种情况称为阻塞(blocking)。
但如果你希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接,有就接受连接;否则就继续做其他事情,则可以通过将 socket设置为非阻塞方式来实现:非阻塞socket在没有客户在等待时就使accept调用立即返回 。
通
过设置socket为非阻塞方式,可以实现“轮询”若干socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞socket读入数据时,函数将立即返回,并
且返回值置为-1,并且errno置为EWOULDBLOCK。但是这种“轮询”会使CPU处于忙等待方式,从而降低性能。考虑到这种情况,假设你希望服
务器监听连接服务请求的同时从已经建立的连接读取数据,你也许会想到用一个accept语句和多个recv()语句,但是由于accept及recv都是
会阻塞的,所以这个想法显然不会成功。
调用非阻塞的socket会大大地浪费系统资源。而调用select()会有效地解决这个问题,它允许你把
进程本身挂起来,而同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符的任何活动,只要确认在任何被监控的文件描述符上出现活动,select()调用将返回指示
该文件描述符已准备好的信息,从而实现了为进程选出随机的变化,而不必由进程本身对输入进行测试而浪费CPU开销。
其次,并发服务器,在上述cycletcpserver.c中,由于使用了fork技术也可以称之为并发服务器,但这种服务器并不是真正意义上的IO多路复用的并发服务器,并且由于没有处理阻塞问题,实际应用有各种各样的问题。
一个典型IO多路复用的单进程并发服务器流程如下:
/*IO多路复用并发服务流程图*/
下面是一个演示IO多路复用的源程序,是一个端口转发程序,但它的用处相当大,实际应用中的各类代理软件或端口映射软件都是基于这样的代码的,比如Windows下的WinGate、WinProxy等都是在此基础上实现的。源代码如下:
/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ static int forward_port; #undef max /*************************关于本文档************************************ static int listen_socket (int listen_port) { static int connect_socket (int connect_port, char *address) { memset (&a, 0, sizeof (a)); if (!inet_aton(address, (struct in_addr *) &a.sin_addr.s_addr)) { if (connect(s, (struct sockaddr *) &a, sizeof (a)) < 0) { #define SHUT_FD1 { \ #define SHUT_FD2 { \ #define BUF_SIZE 1024 int main (int argc, char **argv) { if (argc != 4) { signal (SIGPIPE, SIG_IGN); forward_port = atoi (argv[2]); /*建立监听socket*/ for (;;) { /*把监听socket和可读socket三个一起放入select的可读句柄列表里*/ /*把可写socket两个一起放入select的可写句柄列表里*/ /*把有异常数据的socket两个一起放入select的异常句柄列表里*/ /*开始select*/ if (r == -1 && errno == EINTR) continue; /*处理新连接*/ /* NB: read oob data before normal reads */ if (fd2 > 0) /* NB: read data from fd1 */ /* NB: read data from fd2 */ /* NB: write data to fd1 */ /* NB: write data to fd1 */ /* check if write data has caught read data */ /* one side has closed the connection, keep writing to the other side until empty */ |
用gcc tcpforwardport.c -o MyProxy编译此程序后运行效果如下:
./MyProxy 8000 80 172.16.100.218 accepting connections on port 8000 connect from 127.0.0.1 |
当有用户访问本机的8000端口时,MyProxy程序将把此请求转发到172.16.100.218主机的80端口,即实现了一个http代理。
关于select函数:
其函数原型为:
int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
此
函数的功能是由内核检测在timeout时间内,是否有readfds,writefds,exceptfds三个句柄集(file
descriptors)里的某个句柄(file
descriptor)的状态符合寻求,即readfds句柄集里有句柄可读或writefds句柄集里有可写或exceptfds句柄集里有例外发生,
任何一个有变化函数就立即返回,返回值为timeout发生状态变化的句柄个数。
n是所有readfds,writefds,exceptfds三个句柄集(file descriptors)里编号最大值加1。比如:要检测两个socket句柄fd1和fd2在timeout时间内是否分别可读和可写就可以这样:
先把两个句柄集(file descriptors)清零:
FD_ZERO (&readfds);
FD_ZERO (&writefds);
然后把fd1加入读检测集:
FD_SET (fd1, &readfds);
然后把fd2加入写检测集:
FD_SET (fd2, &writefds);
再给timeout设置值,timeout是这样的一个结构:
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
你可以这样赋值:
timeout.tv_sec=1;
timeout.tv_uec=0;
表示检测在1秒钟内是否有句柄状态发生变化。
如果有句柄发生变化,就可以用FD_ISSET检测各个句柄,比如:
FD_ISSET (fd1, &readfds);//检测是否fd1变成可读的了
FD_ISSET (fd2, &writefds);//检测是否fd2变成可写的了
示意程序代码如下:
/*----------------------示意代码开始--------------------------------------------*/ fd1 = socket();//创建一个socket fd2 = socket();//创建一个socket while(1) { FD_ZERO (&readfds); FD_ZERO (&writefds); FD_SET (fd1, &readfds); FD_SET (fd2, &writefds); timeout.tv_sec=1; timeout.tv_uec=0; ret = select(fd1>fd2?(fd1+1):(fd2+1), &readfds, &writefds, NULL, &timeout); if(ret < 0) {printf("系统错误,select出错,错误代码:%d, 错误信息:%s", errno, strerror(errno));} else if(ret == 0) {printf("select超时返回,没有任何句柄状态发生变化!");} //有句柄状态发生了变化 if(FD_ISSET(fd1, &readfds)) { fd1有数据可读; fd1里的数据被读出来; } if(FD_ISSET(fd2, &writefds)) { fd2可写; fd2里发送数据给对方; } } /*----------------------示意代码结束--------------------------------------------*/ |
经常用到的几个自定义函数:
1、开启监听的函数
/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ ret = sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuseORnot, sizeof(int)); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuflen, sizeof(int)); ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuflen, sizeof(int)); ioctl(sockfd,FIONBIO,&blockORnot);/*block or not*/ laddr.sin_family = PF_INET; ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&laddr, sizeof(struct sockaddr)); |
2、连接服务器的函数
/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ if((he=gethostbyname(serverip))== 0) { serversock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); ioctl(serversock, FIONBIO, &blockORnot); //block or not memset((char*)&sin, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); ret = connect(serversock, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)); if(ret == -1) { return serversock; |
3、发送数据函数Send
/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ struct timeval tival; tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&writefds); if(sock > 0) { ret = select(maxfds + 1, NULL, &writefds, NULL, &tival); while(i < size) { if (EINTR == errno) close(sock); |
4、接收数据函数Recv
/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/ struct timeval tival; tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&readfds); if(sock > 0) { ret = select(maxfds + 1, &readfds, NULL, NULL, &tival); |
最 后需要说明的是:我这里讲到的源程序并不能实际地作为一个产品程序来用,实际情况下可能会有其它许多工作要做,比如可能要建立共享队列来存放socket 里读到的消息,也可能把发送消息先进行排队然后再调用Send函数。还有,如果不是全数字,在发送前一定要htonl转换为网络字节序,同理接收到后一定 要先ntohl由网络字节序转换为主机字节序,否则对方发送过来的0x00000001在你这里可能是0x00010000,因为高低位顺序不同。