I/O复用的高级应用三——同时处理TCP和UDP服务

news2024/9/27 23:29:12

截至目前学习，我们讨论过的服务器程序都只监听一个端口。但在实际应用中，有不少服务器程序能同时监听多个端口，比如超级服务inetd和android的调试服务adbd。从bind系统调用的参数看，一个socket只能与一个socket地址绑定，即一个socket只能用来监听一个端口。因此，服务器如果要同时监听多个端口，就必须创建多个socket，并将它们分别绑定到各个端口上。这样一来，服务器程序就需要同时管理多个监听socket，I/O复用技术就有了用武之地。另外，即使是同一个端口，如果服务器要同时处理该端口上的TCP和UDP请求，则也需要创建两个不同的socket：一个是流socket，另一个是数据报socket，并将它们都绑定到该端口上。下面代码所示的回射服务器就能同时处理一个端口上的TCP和UDP请求。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <pthread.h>

#define MAX_EVENT_NUMBER 1024
#define TCP_BUFFER_SIZE 512
#define UDP_BUFFER_SIZE 1024
//非阻塞socket
int setnonblocking( int fd )
{
    int old_option = fcntl( fd, F_GETFL );
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl( fd, F_SETFL, new_option );
    return old_option;
}

void addfd( int epollfd, int fd )
{
    epoll_event event;
    event.data.fd = fd;//指定事件所从属的目标文件描述符(listenfd或udpfd)
    //event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    event.events = EPOLLIN;//触发事件，可读数据到达
    epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event );//该函数用于操作epoll内核事件表，EPOLL_CTL_ADD代表往注册表上注册epollfd上的事件
    setnonblocking( fd );//非阻塞
}

int main( int argc, char* argv[] )
{
    if( argc <= 2 )
    {
        printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) );
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi( argv[2] );

    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;

    /*创建TCP socket，并将其绑定到端口port上*/
    bzero( &address, sizeof( address ) );
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );
    address.sin_port = htons( port );
    //tcp
    int listenfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );//SOCK_STREAM表示传输层使用TCP协议
    assert( listenfd >= 0 );
    ret = bind( listenfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );
    assert( ret != -1 );
    ret = listen( listenfd, 5 );
    assert( ret != -1 );
    
    /*创建UDP socket，并将其绑定到端口port上*/
    bzero( &address, sizeof( address ) );
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );
    address.sin_port = htons( port );
    //udp 整个操作与TCP类似，需要将socket绑定到端口上，但是不需要监听
    int udpfd = socket( PF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );//SOCK_DGRAM表示传输层使用UDP协议
    assert( udpfd >= 0 );
    ret = bind( udpfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );
    assert( ret != -1 );

    epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ];//epoll_ctl函数的一个参数
    int epollfd = epoll_create( 5 );//创建事件表
    /*epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核里的一个事件表中，
    从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集或事件集*/
    assert( epollfd != -1 );
    /*注册TCP socket和UDP socket上的可读事件*/
    addfd( epollfd, listenfd );
    addfd( epollfd, udpfd );

    while( 1 )
    {   /*epoll系列系统调用的主要接口是epoll_wait函数,
        该函数成功时返回就绪的文件描述符的个数*/
        int number = epoll_wait( epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );
        if ( number < 0 )
        {
            printf( "epoll failure\n" );
            break;
        }
    
        for ( int i = 0; i < number; i++ )
        {
            int sockfd = events[i].data.fd;
            if ( sockfd == listenfd )//监听到有TCP连接
            {
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrlength = sizeof( client_address );
                int connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength );
                addfd( epollfd, connfd );//将新事件注册到内核表中
            }
            else if ( sockfd == udpfd )//若是udp连接
            {
                //由于udp是无连接协议，所以要一次性接收传输过来的数据
                char buf[ UDP_BUFFER_SIZE ];
                memset( buf, '\0', UDP_BUFFER_SIZE );
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrlength = sizeof( client_address );

                //必须使用recvfrom函数接收数据
                //socket文件描述符 接收缓冲区 可接收数据的最大长度 默认方式接收数据 发送方ip地址 地址长度
                ret = recvfrom( udpfd, buf, UDP_BUFFER_SIZE-1, 0, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength );
                //recvfrom函数堵塞到收到来自客户的数据
                if( ret > 0 )
                {
                    //收到数据之后再把数据发给客户端
                    sendto( udpfd, buf, UDP_BUFFER_SIZE-1, 0, ( struct sockaddr* )&client_address, client_addrlength );
                }
            }
            else if ( events[i].events & EPOLLIN )//可读数据到达触发事件
            {
                char buf[ TCP_BUFFER_SIZE ];//TCP连接的接收缓冲区
                while( 1 )
                {
                    memset( buf, '\0', TCP_BUFFER_SIZE );
                    ret = recv( sockfd, buf, TCP_BUFFER_SIZE-1, 0 );
                    if( ret < 0 )
                    {
                        if( ( errno == EAGAIN ) || ( errno == EWOULDBLOCK ) )
                        {
                            break;
                        }
                        close( sockfd );
                        break;
                    }
                    else if( ret == 0 )
                    {
                        close( sockfd );
                    }
                    else
                    {
                        send( sockfd, buf, ret, 0 );
                    }
                }
            }
            else
            {
                printf( "something else happened \n" );
            }
        }
    }
    close( listenfd );
    return 0;
}

服务器端运行该程序