【香橙派系列教程】(十八) 视觉垃圾桶-网络线程

news2024/9/20 8:00:55

【十八】视觉垃圾桶-网络线程

文章目录

  • 【十八】视觉垃圾桶-网络线程
    • 一、增加网络控制功能
      • 1.实现需求：
      • 2.TCP 心跳机制解决Soket异常断开问题
    • 二、Linux内核提供了通过sysctl命令查看和配置TCP KeepAlive参数的方法。
    • 三、C语言实现TCP KeepAlive功能
      • 1.函数原型
      • 2.返回值
      • 3.常见选项示例
      • 4.使用示例
    • 四、代码实现
      • mysocket.h
      • mysocket.c
      • main.c

一、增加网络控制功能

1.实现需求：

Socket网络编程，通过Socket远程接入控制垃圾识别功能。

2.TCP 心跳机制解决Soket异常断开问题

Socket客户端断开有两种情况：

第一种：客户端能够发送状态给服务器；正常断开，强制关闭客户端等，客户端能够做出反应。

第二种：客户端不能发送状态给服务器；突然断网，断电，客户端卡死等，客户端根本没机会做出反应，服务器更不了解客户端状态，导致服务器异常等待。

为了解决上述问题，引入TCP心跳包机制：
心跳包的实现，心跳包就是服务器定时向客户端发送查询信息，如果客户端有回应就代表连接正常，类似于linux系统的看门狗机制。心跳包的机制有一种方法就是采用TCP_KEEPALIVE机制，它是一种用于检测TCP连接是否存活的机制，它的原理是在一定时间内没有数据往来时，发送探测包给对方，如果对方没有响应，就认为连接已经断开。TCP_KEEPALIVE机制可以通过设置一些参数来调整，如探测时间间隔、探测次数等。

二、Linux内核提供了通过sysctl命令查看和配置TCP KeepAlive参数的方法。

在 Linux 内核中，可以通过 sysctl 命令来查看和配置 TCP KeepAlive 参数。TCP KeepAlive 是一种机制，用于在两个端点之间的连接空闲时检测连接的活跃性。

以下是一些与 TCP KeepAlive 相关的 sysctl 参数以及它们的含义：

  1. tcp_keepalive_time:
  • 含义：TCP KeepAlive 的开始时间。表示连接空闲的时间，超过这个时间，内核开始发送 KeepAlive 消息。
  • 默认值：7200 秒（2 小时）
//查看当前系统的TCP KeepAlive参数
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_time
  1. tcp_keepalive_intvl:
  • 含义：两次 KeepAlive 消息之间的时间间隔。
  • 默认值：75 秒
//查看当前系统的TCP KeepAlive参数
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_intvl
  1. tcp_keepalive_probes:
  • 含义：在放弃连接之前发送的 KeepAlive 消息的次数。
  • 默认值：9 次
//查看当前系统的TCP KeepAlive参数
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_probes

这些参数的配置可以通过修改 /etc/sysctl.conf 文件来实现。例如，要将 tcp_keepalive_time 设置为 600 秒，可以在 /etc/sysctl.conf 中添加如下行：

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600

然后，可以运行以下命令使更改生效：

sysctl -p

请注意，修改这些参数可能会对系统的整体性能产生影响，因此在进行更改之前，请仔细了解每个参数的含义以及它们的默认值。一般我们通过函数调用来实现修改他的默认值，而不是直接将系统配置文件给修改掉。

修改TCP KeepAlive参数

慎用：别用就行了。

sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_time=3600

ls /proc/sys/net/ipv4/

image-20240727095557222

三、C语言实现TCP KeepAlive功能

setsockopt 是一个在 socket 编程中用于设置套接字选项的函数。它允许你配置 socket 的行为，例如设置 socket 的类型、控制选项、状态选项等。这个函数是 POSIX 标准的一部分，广泛应用于 UNIX 和类 UNIX 系统。

1.函数原型

#include <netinet/tcp.h>
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
  • sockfd：要设置选项的套接字文件描述符。
  • level：指定选项定义的协议层。常见的层级有 SOL_SOCKET（针对 socket 层），或者特定的协议层如 IPPROTO_TCP（针对 TCP 协议层）。
  • optname：要设置的选项的名称。
  • optval：指向包含选项值的缓冲区的指针。
  • optlen：optval 指向的缓冲区的长度。

2.返回值

  • 成功时，返回 0。
  • 失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误。

3.常见选项示例

  • SO_REUSEADDR：允许重新使用本地地址和端口号，即使之前的连接尚未完全关闭。
  • SO_KEEPALIVE（SOL_SOCKET）：启用 TCP 保活机制，定期发送数据以检测连接状态。
  • SO_LINGER：设置 socket 的逗留时间，决定 socket 关闭时的行为。
  • SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF：分别设置接收和发送缓冲区的大小。
  • TCP_KEEPIDLE（SOL_TCP）：指定连接在 TCP 开始发送保持活动探测之前必须空闲的时间（以秒为单位）。
  • TCP_KEEPCNT（SOL_TCP）：指定在将连接视为中断之前 TCP 应发送的最大保持活动探测次数。
  • TCP_KEEPINTVL（SOL_TCP）：指定个别保持活动探测之间的时间（以秒为单位）。
  • IPPROTO_TCP：TCP（传输控制协议）的协议级别。用于设置特定于 TCP 的套接字选项。

4.使用示例

int keepalive = 1; // 开启TCP KeepAlive功能
int keepidle = 5; // tcp_keepalive_time 3s内没收到数据开始发送心跳包
int keepcnt = 3; // tcp_keepalive_probes 每次发送心跳包的时间间隔,单位秒
int keepintvl = 3; // tcp_keepalive_intvl 每3s发送一次心跳包

setsockopt(client_socketfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepalive, sizeof(keepalive));
setsockopt(client_socketfd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void *)&keepidle, sizeof(keepidle));
setsockopt(client_socketfd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepcnt, sizeof(keepcnt));
setsockopt(client_socketfd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepintvl, sizeof(keepintvl));

对于Socket而言，可以在程序中通过socket选项开启TCP KeepAlive功能，并配置参数。

对应的Socket选项分别为 SO_KEEPALIVE 、TCP_KEEPIDLE 、 TCP_KEEPCNT 、 TCP_KEEPINTVL 。

关于 setsockopt 函数的参数和相应的套接字选项以及协议的对应关系，以及对应的描述。

setsockopt 参数对应的 Socket Level对应的协议描述
SO_KEEPALIVESOL_SOCKETIPPROTO_TCP启用或禁用在套接字上发送保持活动消息，用于检测连接是否仍然活动。
TCP_KEEPIDLESOL_TCPIPPROTO_TCP指定连接在TCP开始发送保持活动探测之前必须空闲的时间（秒）。
TCP_KEEPCNTSOL_TCPIPPROTO_TCP指定在将连接视为中断之前TCP应发送的最大保持活动探测次数。
TCP_KEEPINTVLSOL_TCPIPPROTO_TCP指定个别保持活动探测之间的时间间隔（秒）。
IPPROTO_TCPN/AIPPROTO_TCP表示TCP（传输控制协议）的协议级别，用于设置特定于TCP的套接字选项。

四、代码实现

mysocket.h

#ifndef __MYSOCKET__H
#define __MYSOCKET__H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>

#define IPADDR "192.168.0.110" //填写自己实际的ip地址
#define IPPORT "8192"
#define BUF_SIZE 6

int socket_init(const char *ipaddr, const char *port);

#endif

mysocket.c

#include "mysocket.h"

int socket_init(const char *ipaddr, const char *port)
{
	int server_fd = -1;
	struct sockaddr_in server_addr;

	memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	// 创建服务器套接字
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if (server_fd == -1) {
        perror("Socket creation failed");
        return -1;
    }

    // 设置服务器地址结构
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(port);
//  server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    inet_aton(ipaddr, &server_addr.sin_addr);

    // 绑定服务器套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Binding failed");
        return -1;
    }

    // 监听传入的连接请求
    if (listen(server_fd, 1) == 0) {	//只监听1个连接，排队扔垃圾
        printf("Listening for incoming connections...\n");
    } else {
        perror("Listening failed");
        return -1;
    }

	return server_fd;
}

main.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <wiringPi.h>
#include <pthread.h>

#include "uartTool.h"
#include "garbage.h"
#include "pwm.h"
#include "myoled.h"
int serial_fd = -1; // 串口文件描述符
pthread_cond_t cond; // 条件变量，用于线程之间的条件同步
pthread_mutex_t mutex; // 互斥锁，用于线程之间的互斥访问

 // 判断进程是否在运行
static int detect_process(const char * process_name)
{
	int n = -1; // 存储进程PID，默认为-1
	FILE *strm;
	char buf[128] = {0}; // 缓冲区
	
	// 构造命令字符串，通过ps命令查找进程
	sprintf(buf, "ps -ax | grep %s|grep -v grep", process_name);
	// 使用popen执行命令并读取输出
	if ((strm = popen(buf, "r")) != NULL) {
		if (fgets(buf, sizeof(buf), strm) != NULL) {
			printf("buf = %s\n", buf); 	//打印缓存区的内容
			n = atoi(buf); 				// 将进程ID字符串转换为整数
			printf("n = %d\n", n); 		// 打印下进程的PID
		}
	}
	else {
		return -1; // popen失败
	}	
	pclose(strm); // 关闭popen打开的文件流

	return n;
}
// 发送语音线程
void *psend_voice(void *arg)
{
	pthread_detach(pthread_self());
	unsigned char *buffer = (unsigned char *)arg;

	// 串口未打开，退出线程
	if (-1 == serial_fd) {
		printf("%s|%s|%d: open serial failed\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
		pthread_exit(0);
	}

	// buffer不为空时，通过串口发送数据(分类结果)
	if (NULL != buffer) {
		my_serialSendstring(serial_fd, buffer, 6);
	}
	pthread_exit(0);
}

// 控制垃圾桶线程
void *popen_trash_can(void *arg)
{
	pthread_detach(pthread_self());
	unsigned char *buffer = (unsigned char *)arg;

	// 根据垃圾类型控制PWM
	if (buffer[2] == 0x43|buffer[2] == 0x42|buffer[2] == 0x44) {		// 可回收垃圾,湿垃圾,有害垃圾
		//printf("%s|%s|%d: buffer[2] = 0x%x\n", __FILE__, __func__, __LINE__, buffer[2]);
		pwm_write(PWM_RECOVERABLE_GARBAGE);
		delay(2000);
		pwm_stop(PWM_RECOVERABLE_GARBAGE);
	}
	else if (buffer[2] == 0x41) {	// 干垃圾
		//printf("%s|%s|%d: buffer[2] = 0x%x\n", __FILE__, __func__, __LINE__, buffer[2]);
		pwm_write(PWM_GARBAGE);
		delay(2000);
		pwm_stop(PWM_GARBAGE);
	}

	pthread_exit(0);
}
void *popen_trash_can(void *arg)
{
   	pthread_detach(pthread_self());
    // 初始化 OLED
	myoled_init();
	// 在 OLED 上显示垃圾分类结果
	oled_show(arg);
	pthread_exit(0);   
}
// 获取语音线程
void *pget_voice(void *arg)
{
	unsigned char buffer[6] = {0xAA, 0x55, 0x00, 0x00, 0X55, 0xAA};
	int len = 0;

	//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
	// 串口未打开，退出线程
	if (-1 == serial_fd) {
		printf("%s|%s|%d: open serial failed\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
		pthread_exit(0);
	}

	//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
	// 循环读取串口数据
	while (1) {
		len = my_serialGetstring(serial_fd, buffer);

		//printf("%s|%s|%d, len = %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__, len);
		// 检测到特定数据，发出信号唤醒其他线程
		if (len > 0 && buffer[2] == 0x46) {
			//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
			pthread_mutex_lock(&mutex);
			buffer[2] = 0x00;
            // 在执行wget命令之前添加调试输出
            printf("Executing wget command...\n");
            // 使用系统命令拍照
            system(WGET_CMD);
            // 在执行wget命令之后添加调试输出
            printf("Wget command executed.\n");
			pthread_cond_signal(&cond);
			pthread_mutex_unlock(&mutex);			
		}
	}
	pthread_exit(0);
}
// 阿里云垃圾分类线程
void *pcategory(void *arg)
{
	unsigned char buffer[6] = {0xAA, 0x55, 0x00, 0x00, 0X55, 0xAA};
	char *category = NULL;
	pthread_t send_voice_tid, trash_tid,oled_tid;

	while (1) {
		//printf("%s|%s|%d: \n", __FILE__, __func__, __LINE__);
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);

		//printf("%s|%s|%d: \n", __FILE__, __func__, __LINE__);
		buffer[2] = 0x00;	
		// 判断垃圾种类
		if (0 == access(GARBAGE_FILE, F_OK)) {
			category = garbage_category(category);
			if (strstr(category, "干垃圾")) {
				buffer[2] = 0x41;
			}
			else if (strstr(category, "湿垃圾")) {
				buffer[2] = 0x42;
			}
			else if (strstr(category, "可回收垃圾")) {
				buffer[2] = 0x43;
			}
			else if (strstr(category, "有害垃圾")) {
				buffer[2] = 0x44;
			}
			else {
				buffer[2] = 0x45; // 未识别到垃圾类型
			}
		}
		else {
			buffer[2] = 0x45; // 识别失败
		}
		// 开垃圾桶开关
		pthread_create(&trash_tid, NULL, psend_voice, (void *)buffer);
		// 开语音播报线程
		pthread_create(&send_voice_tid, NULL, popen_trash_can, (void *)buffer);
        //开OLED屏幕线程
        pthread_create(&oled_tid, NULL, popen_trash_can, (void *)buffer);
		// 删除拍照文件
		remove(GARBAGE_FILE); 
	}
	pthread_exit(0);
}

void *pget_socket(void *arg)
{
	int server_fd = -1;				// 服务器 socket 文件描述符
	int client_fd = -1;				// 客户端 socket 文件描述符
	char buffer[6];					// 用于存储接收到的数据的缓冲区
	int nread = -1;					// 接收到的数据长度
	struct sockaddr_in client_addr;	// 客户端地址信息结构体
	int clen = sizeof(struct sockaddr_in);

	memset(&client_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	// 初始化服务器 socket
	server_fd = socket_init(IPADDR, IPPORT);
	printf("%s|%s|%d:server_fd = %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__, server_fd);

	if (-1 == server_fd) {
		pthread_exit(0); // 初始化失败，退出线程
	}
	sleep(3); // 等待 socket 初始化完成

	while (1) {
		// 接受客户端连接
		client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &clen);

		// 配置 TCP KeepAlive 参数
		int keepalive = 1; 			// 开启TCP KeepAlive功能
		int keepidle = 5; 			// tcp_keepalive_time 3s内没收到数据开始发送心跳包
		int keepcnt = 3; 			// tcp_keepalive_probes 每次发送心跳包的时间间隔,单位秒
		int keepintvl = 3;			// tcp_keepalive_intvl 每3s发送一次心跳包

		setsockopt(client_fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepalive, sizeof(keepalive));
		setsockopt(client_fd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void *)&keepidle, sizeof(keepidle));
		setsockopt(client_fd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepcnt, sizeof(keepcnt));
		setsockopt(client_fd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepintvl, sizeof(keepintvl));
		
		printf("%s|%s|%d: Accept a connection from %s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

		if (client_fd == -1) {
			perror("accept");
			continue; // 如果接受连接失败，继续下一次循环
		}

		while (1) 
		{
			memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
			 // 从客户端接收数据
			nread = recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer), 0); //n_read = read(c_fd, buffer, sizeof(buffer));
			printf("%s|%s|%d:nread = %d, buffer = %s\n", __FILE__, __func__, __LINE__, nread, buffer);

			// 根据接收到的数据执行相应的操作
			if (nread > 0) 
			{
				if (strstr(buffer, "open")) {
					pthread_mutex_lock(&mutex);
					pthread_cond_signal(&cond);
					pthread_mutex_unlock(&mutex);
				}
				if (strstr(buffer, "k1")) {
                    pwm_write(PWM_GARBAGE);
                    delay(2000);
                    pwm_stop(PWM_GARBAGE);
                }

			}
			else if (0 == nread || -1 == nread) {
				break; // 如果接收到的数据长度为 0 或者出错，跳出循环
			}
		}
		close(client_fd); // 关闭客户端连接
	}
	pthread_exit(0); // 退出线程
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret = -1;
	int len = 0;
	char *category = NULL;
	pthread_t get_voice_tid, category_tid,get_socket_tid;

	wiringPiSetup();
	// 初始化串口和垃圾分类模块
	garbage_init ();

	// 用于判断mjpg_streamer服务是否已经启动
	ret = detect_process ("mjpg_streamer");
	if (-1 == ret) {
		printf("detect process failed\n");
        goto END;
	}
	
	// 打开串口
	serial_fd = my_serialOpen (SERIAL_DEV, BAUD);
	if (-1 == serial_fd) {
		printf("open serial failed\n");
		goto END;
	}

	// 开语音线程
	//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
	pthread_create(&get_voice_tid, NULL, pget_voice, NULL);

	// 开阿里云交互线程
	//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
	pthread_create(&category_tid, NULL, pcategory, NULL);

    // 开网络线程
	//printf("%s|%s|%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
	pthread_create(&get_socket_tid, NULL, pget_socket, NULL);
    
    //等待线程终止并获取返回值
	pthread_join(get_voice_tid, NULL);
	pthread_join(category_tid, NULL);
	pthread_join(get_socket_tid, NULL);
	// 销毁互斥锁和条件变量
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	pthread_cond_destroy(&cond);


END:
    // 关闭串口
	close(serial_fd);
	// 释放垃圾分类资源
	garbage_final();

	return 0;
}

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【Python入门思维概括图】

【Python入门思维概括图】

&#x1f4d6;入门思维概括图 ✅第1节 基础语法 ✅第2节 判断语句 ✅第3节 循环语句 ✅第4节 函数 ✅第5节 数据容器 ✅第6节 函数进阶 ✅第7节 文件操作 ✅第8节 异常模块和包 拓展&#xff1a;学了python能干什么&#xff0c;可以参考下面的Python使用场景思维导图介绍
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慈云寺北里社区新时代文明实践站联手鼓动青春丰富青少年暑期生活

慈云寺北里社区新时代文明实践站联手鼓动青春丰富青少年暑期生活

炎炎夏日的暑期&#xff0c;慈云寺北里社区新时代文明实践站携手鼓动青春&#xff0c;为社区青少年精心策划并成功举办了两场丰富多彩的暑期活动&#xff0c;不仅为孩子们的假期生活增添了浓厚的文化色彩&#xff0c;更激发了他们对中华传统文化与现代艺术的浓厚兴趣。 首场&am…
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《JavaEE进阶》----4.＜SpringMVC①简介、基本操作＞

《JavaEE进阶》----4.＜SpringMVC①简介、基本操作＞

本篇博客讲解 MVC思想、及Spring MVC&#xff08;是对MVC思想的一种实现&#xff09;。 Spring MVC的基本操作、学习了六个注解 RestController注解 RequestMappering注解 RequestParam注解 RequestBody注解 PathVariable注解 RequestPart注解 MVC View(视图) 指在应⽤程序中…
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IO复用技术

IO复用技术

一、I/O复用的介绍 I/O复用是一种能够同时处理多个I/O操作的技术&#xff0c;适用于高并发场景。 使用场景 select/poll&#xff1a;适用于连接数较少的场景。epoll&#xff1a;适用于大规模的网络服务&#xff0c;如Web服务器。 二、实现方式 1.select select 是一种系统调…
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iPhone突然黑屏？别慌，这里有你的自救指南

iPhone突然黑屏？别慌，这里有你的自救指南

在日常使用iPhone的过程中&#xff0c;不少用户可能会遇到手机突然黑屏的情况&#xff0c;这往往让人措手不及。别担心&#xff0c;今天我们就来详细探讨一下iPhone突然黑屏的可能原因及解决方法&#xff0c;帮助你快速恢复手机的正常使用。 一、iPhone突然黑屏的可能原因 1. …
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在做结果集封装时，若结果集表头与成员变量名不一致该如何解决？

在做结果集封装时，若结果集表头与成员变量名不一致该如何解决？

目录 1. 通过别名映射为一致&#xff1a;as子句 2. 使用resultMap 3. 在配置文件中开启适配规则 在Score实体类中&#xff0c;我们定义了studentId、courseId、score、status&#xff0c;而在数据库中&#xff0c;我们设置如下&#xff1a; 1. 通过别名映射为一致&#xff1…
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