【高并发网络通信架构】1.Linux下实现单客户连接的tcp服务端

news2024/9/20 18:25:59

目录

一，函数清单

1.socket 方法

2.bind 方法

3.listen 方法

4.accept 方法（阻塞函数）

5.recv 方法（阻塞函数）

6.send 方法

7.close 方法

8.htonl 方法

9.htons 方法

10.fcntl 方法

二，代码实现

1.阻塞型服务端

2.非阻塞型服务端

一，函数清单

1.socket 方法

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

功能

  • 创建用于通信的套接字，并返回一个指向该套接字的文件描述符。

参数

  1. domain：指定套接字的协议族。常见的值有AF_INET（IPv4）和AF_INET6（IPv6）。
  2. type：指定套接字的类型。常见的值有SOCK_STREAM（面向连接的可靠字节流）和SOCK_DGRAM（无连接的数据报文）。
  3. protocol：指定协议。通常使用0，表示默认选择。

返回值

  • 如果成功，则返回新套接字的文件描述符。如果出现错误，则返回-1，并设置errno。

2.bind 方法

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能

  • 将套接字与特定的IP地址和端口绑定。

参数

  1. sockfd：socket返回的套接字描述符。
  2. addr：指向要绑定的本地地址的结构体（通常是一个sockaddr_in或sockaddr_in6结构体）。
  3. addrlen：本地地址的长度（通常是sizeof(struct sockaddr_in)或sizeof(struct sockaddr_in6)）。

返回值

  • 如果成功，则返回0。如果出现错误，则返回-1，并设置errno。

3.listen 方法

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

功能

  • 开始监听指定套接字上的连接请求。

参数

  1. sockfd：socket返回的套接字描述符。
  2. backlog：等待连接队列的最大长度。如果连接请求到达时如果队列已满，则客户端可能会收到ECONNREFUSED指示的错误，如果底层协议支持重传，则请求可能已满忽略，以便稍后重试连接成功。

返回值

  • 如果成功，则返回0。如果出现错误，则返回-1，并设置errno。

4.accept 方法（阻塞函数）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能

  • 接受一个连接请求，返回一个新的套接字描述符与客户端通信。

参数

  1. sockfd：socket返回的套接字描述符。
  2. addr：指向用于存放客户端地址的结构体的指针。通常指定为 struct  sockaddr_in 结构体。
  3. addrlen：用于传递addr结构体的长度。

返回值

  • 如果成功，这些系统调用将返回被接受套接字的文件描述符(一个非负整数)。如果出现错误，则返回-1，适设置errno，并且保持addrlen不变。

5.recv 方法（阻塞函数）

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

功能

  • 从已连接的套接字接收数据。

参数

  1. sockfd：accept返回的套接字描述符。
  2. buf：接收数据的缓冲区。
  3. len：缓冲区的长度。
  4. flags：接收操作的标志，一般设置为0。

返回值

  • 返回接收到的字节数，如果发生错误则返回-1。如果发生错误，则设置errno来指示错误。当客户端连接关闭时，返回值将为0。

6.send 方法

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

功能

  • 向已连接的套接字发送数据。

参数

  1. sockfd：accept返回的套接字描述符。
  2. buf：包含要发送数据的缓冲区。
  3. len：要发送的数据长度。
  4. flags：发送操作的标志，一般设置为0。

返回值

  • 如果成功，这些调用将返回发送的字节数。如果出现错误，则返回-1，并设置errno。

7.close 方法

#include <unistd.h>

int close(int fd);

功能

  • 关闭文件描述符

参数

  1. fd：要关闭的文件描述符。

返回值

  • 成功返回零。如果出现错误，则返回-1，并设置errno。

8.htonl 方法

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

功能

  • 将无符号整数hostlong从主机字节顺序转换为网络字节顺序。

9.htons 方法

#include <arpa/inet.h>

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

功能

  • 将无符号短整数hostshort从主机字节顺序转换为网络字节顺序。

10.fcntl 方法

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

功能

  • 操作文件描述符的特性，可设置成非阻塞IO。

参数

  1. fd：要设置的文件描述符。
  2. cmd：对fd要执行操作的命令，比如F_GETFL，F_SETFL。

返回值

  • 对于成功的调用，返回值取决于操作命令，如果出现错误，则返回-1，并适当地设置errno。

二，代码实现

1.阻塞型服务端

代码

  • accept和recv都是阻塞型的函数，在accept上是阻塞客户端的连接，在recv上是阻塞读取已连接客户端的数据。
  • 为实现连续和客户端进行通信，必须将recv放在一个master循环里，用于一直读取客户端发来的数据。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>


#define BUFFER_LENGTH   1024

//初始化服务端，返回其文件描述符
int init_server(int port){
    //返回服务端fd,通常为3,前面0,1,2用于表示标准输入,输出,错误值
    int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    if(-1 == sfd){
        printf("socket error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in servAddr;
    memset(&servAddr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
    servAddr.sin_family = AF_INET;  //ipv4
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //0.0.0.0
    servAddr.sin_port = htons(port);    //端口号
    
    //绑定IP和端口号
    if(-1 == bind(sfd,(struct sockaddr*)&servAddr,sizeof(struct sockaddr_in)))
    {
        printf("bind error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    //监听该套接字上的连接
    if(-1 == listen(sfd,10))
    {
        printf("listen error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    return sfd;
}

int main(int argc,char *argv[]){

    if(argc < 2)return -1;

    int port = atoi(argv[1]);   //atoi：将字符串转换为整数
    int sfd = init_server(port);
    printf("server fd: %d\n",sfd);

    struct sockaddr_in clientAddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int cfd = accept(sfd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len);   //阻塞函数
    printf("client fd: %d\n",cfd);
    while (1)
    {//master循环：因为recv是阻塞函数，为实现连续性收发，必须放在while循环里
        char data[BUFFER_LENGTH]={0};
        int recvLen = recv(cfd,data,BUFFER_LENGTH,0);       //阻塞在cfd里是否有数据可读
        if(recvLen < 0){
            printf("recv client fd %d errno: %d\n",cfd,errno);
        }else if(recvLen == 0){
            printf("client fd %d close\n",cfd);
            break;
        }else{
            printf("recv client fd %d data: %s\n",cfd,data);
            send(cfd,data,recvLen,0);
        }
    }
    
    return 0;
}

运行

  • 测试工具：NetAssist 模拟客户端工具，测试服务端代码。

2.非阻塞型服务端

代码

  • 在accept的相应代码前添加如下代码，但不要直接在上述代码中添加，不然可能未及时等到客户端连接，使accept返回-1。
int flags = fcntl(sfd,F_GETFL,0);    //sfd为服务端文件描述符
flags |= O_NONBLOCK;
fcntl(sfd,F_SETFL,flags);
  • 以下是用于测试上面这一段代码是否将服务端设置成非阻塞型。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>


#define BUFFER_LENGTH   1024

//初始化服务端，返回其文件描述符
int init_server(int port){
    //返回服务端fd,通常为3,前面0,1,2用于表示标准输入,输出,错误值
    int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    if(-1 == sfd){
        printf("socket error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in servAddr;
    memset(&servAddr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
    servAddr.sin_family = AF_INET;  //ipv4
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //0.0.0.0
    servAddr.sin_port = htons(port);    //端口号
    
    //绑定IP和端口号
    if(-1 == bind(sfd,(struct sockaddr*)&servAddr,sizeof(struct sockaddr_in)))
    {
        printf("bind error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    //监听该套接字上的连接
    if(-1 == listen(sfd,10))
    {
        printf("listen error code: %d codeInfo: %s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    return sfd;
}

int main(int argc,char *argv[]){

    if(argc < 2)return -1;

    int port = atoi(argv[1]);   //atoi：将字符串转换为整数
    int sfd = init_server(port);
    printf("server fd: %d\n",sfd);

    struct sockaddr_in clientAddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int cfd = accept(sfd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len);   //阻塞函数
    printf("client fd: %d\n",cfd);
    
    return 0;
}

运行

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