什麼是Socket
Socket接口是TCP/IP網絡的API，Socket接口定義了許多函數或例程，程序員可以用它們來開發TCP/IP網絡上的應用程序。要學Internet上的TCP/IP網絡編程，必須理解Socket接口。
Socket接口設計者最先是將接口放在Unix操作系統裏面的。如果瞭解Unix系統的輸入和輸出的話，就很容易瞭解Socket了。網絡的 Socket數據傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似於打開文件的函數調用Socket()，該函數返 回一個整型的Socket描述符，隨後的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。常用的Socket類型有兩種：流式Socket （SOCK_STREAM）和數據報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對於面向連接的TCP服務應用；數據 報式Socket是一種無連接的Socket，對應於無連接的UDP服務應用。
Socket建立
爲了建立Socket，程序可以調用Socket函數，該函數返回一個類似於文件描述符的句柄。socket函數原型爲：
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain指明所使用的協議族，通常爲PF_INET，表示互聯網協議族（TCP/IP協議族）；type參數指定socket的類型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口還定義了原始Socket（SOCK_RAW），允許程序使用低層協議；protocol通常賦值"0"。Socket()調用返回一個整型socket描述符，你可以在後面的調用使用它。
Socket描述符是一個指向內部數據結構的指針，它指向描述符表入口。調用Socket函數時，socket執行體將建立一個Socket，實際上"建立一個Socket"意味着爲一個Socket數據結構分配存儲空間。Socket執行體爲你管理描述符表。
兩個網絡程序之間的一個網絡連接包括五種信息：通信協議、本地協議地址、本地主機端口、遠端主機地址和遠端協議端口。Socket數據結構中包含這五種信息。
Socket配置
通過socket調用返回一個socket描述符後，在使用socket進行網絡傳輸以前，必須配置該socket。面向連接的socket客戶端通過 調用Connect函數在socket數據結構中保存本地和遠端信息。無連接socket的客戶端和服務端以及面向連接socket的服務端通過調用 bind函數來配置本地信息。
Bind函數將socket與本機上的一個端口相關聯，隨後你就可以在該端口監聽服務請求。Bind函數原型爲：
int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
Sockfd是調用socket函數返回的socket描述符,my_addr是一個指向包含有本機IP地址及端口號等信息的sockaddr類型的指針；addrlen常被設置爲sizeof(struct sockaddr)。
struct sockaddr結構類型是用來保存socket信息的：
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 字節的協議地址 */
};
sa_family一般爲AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data則包含該socket的IP地址和端口號。
另外還有一種結構類型：
struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* 地址族 */
unsigned short int sin_port; /* 端口號 */
struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持與struct sockaddr同樣大小 */
};
這個結構更方便使用。sin_zero用來將sockaddr_in結構填充到與struct sockaddr同樣的長度，可以用bzero()或memset()函數將其置爲零。指向sockaddr_in 的指針和指向sockaddr的指針可以相互轉換，這意味着如果一個函數所需參數類型是sockaddr時，你可以在函數調用的時候將一個指向sockaddr_in的指針轉換爲指向sockaddr的指針；或者相反。
使用bind函數時，可以用下面的賦值實現自動獲得本機IP地址和隨機獲取一個沒有被佔用的端口號：
my_addr.sin_port = 0; /* 系統隨機選擇一個未被使用的端口號 */
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機IP地址 */
通過將my_addr.sin_port置爲0，函數會自動爲你選擇一個未佔用的端口來使用。同樣，通過將my_addr.sin_addr.s_addr置爲INADDR_ANY，系統會自動填入本機IP地址。
注意在使用bind函數是需要將sin_port和sin_addr轉換成爲網絡字節優先順序；而sin_ family則不需要轉換。
計算機數據存儲有兩種字節優先順序：高位字節優先和低位字節優先。Internet上數據以高位字節優先順序在網絡上傳輸，所以對於在內部是以低位字節優先方式存儲數據的機器，在Internet上傳輸數據時就需要進行轉換，否則就會出現數據不一致。
下面是幾個字節順序轉換函數：
·htonl()：把32位值從主機字節序轉換成網絡字節序
·htons()：把16位值從主機字節序轉換成網絡字節序
·ntohl()：把32位值從網絡字節序轉換成主機字節序
·ntohs()：把16位值從網絡字節序轉換成主機字節序
Bind()函數在成功被調用時返回0；出現錯誤時返回"-1"並將errno置爲相應的錯誤號。需要注意的是，在調用bind函數時一般不要將端口號置爲小於1024的值，因爲1到1024是保留端口號，你可以選擇大於1024中的任何一個沒有被佔用的端口號。
連接建立
面向連接的客戶程序使用Connect函數來配置socket並與遠端服務器建立一個TCP連接，其函數原型爲：
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
Sockfd 是socket函數返回的socket描述符；serv_addr是包含遠端主機IP地址和端口號的指針；addrlen是遠端地質結構的長度。 Connect函數在出現錯誤時返回-1，並且設置errno爲相應的錯誤碼。進行客戶端程序設計無須調用bind()，因爲這種情況下只需知道目的機器 的IP地址，而客戶通過哪個端口與服務器建立連接並不需要關心，socket執行體爲你的程序自動選擇一個未被佔用的端口，並通知你的程序數據什麼時候到 打斷口。
Connect函數啓動和遠端主機的直接連接。只有面向連接的客戶程序使用socket時才需要將此socket與遠端主機相連。無連接協議從不建立直接連接。面向連接的服務器也從不啓動一個連接，它只是被動的在協議端口監聽客戶的請求。
Listen函數使socket處於被動的監聽模式，併爲該socket建立一個輸入數據隊列，將到達的服務請求保存在此隊列中，直到程序處理它們。
int listen(int sockfd， int backlog);
Sockfd 是Socket系統調用返回的socket 描述符；backlog指定在請求隊列中允許的最大請求數，進入的連接請求將在隊列中等待accept()它們（參考下文）。Backlog對隊列中等待 服務的請求的數目進行了限制，大多數系統缺省值爲20。如果一個服務請求到來時，輸入隊列已滿，該socket將拒絕連接請求，客戶將收到一個出錯信息。
當出現錯誤時listen函數返回-1，並置相應的errno錯誤碼。
accept()函數讓服務器接收客戶的連接請求。在建立好輸入隊列後，服務器就調用accept函數，然後睡眠並等待客戶的連接請求。
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
sockfd是被監聽的socket描述符，addr通常是一個指向sockaddr_in變量的指針，該變量用來存放提出連接請求服務的主機的信息（某臺主機從某個端口發出該請求）；addrten通常爲一個指向值爲sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。出現錯誤時accept函數返回-1並置相應的errno值。
首先，當accept函數監視的socket收到連接請求時，socket執行體將建立一個新的socket，執行體將這個新socket和請求連接進程的地址聯繫起來，收到服務請求的初始socket仍可以繼續在以前的 socket上監聽，同時可以在新的socket描述符上進行數據傳輸操作。
數據傳輸
Send()和recv()這兩個函數用於面向連接的socket上進行數據傳輸。
Send()函數原型爲：
int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
Sockfd是你想用來傳輸數據的socket描述符；msg是一個指向要發送數據的指針；Len是以字節爲單位的數據的長度；flags一般情況下置爲0（關於該參數的用法可參照man手冊）。
flags可以是0或者是以下的組合
_______________________________________________________________
| MSG_DONTROUTE | 不查找路由表 |
| MSG_OOB | 接受或者發送帶外數據 |
| MSG_PEEK | 查看數據,並不從系統緩衝區移走數據 |
| MSG_WAITALL | 等待所有數據 |
|--------------------------------------------------------------|
MSG_DONTROUTE:是send函數使用的標誌.這個標誌告訴IP協議.目的主機在本地網絡上面,沒有必要查找路由表.這個標誌一般用網絡診斷和路由程序裏面.
MSG_OOB:表示可以接收和發送帶外的數據.關於帶外數據我們以後會解釋的.
MSG_PEEK:是recv函數的使用標誌,表示只是從系統緩衝區中讀取內容,而不清楚系統緩衝區的內容.這樣下次讀的時候,仍然是一樣的內容.一般在有多個進程讀寫數據時可以使用這個標誌.
MSG_WAITALL是recv函數的使用標誌,表示等到所有的信息到達時才返回.使用這個標誌的時候recv回一直阻塞,直到指定的條件滿足,或者是發生了錯誤. 1)當讀到了指定的字節時,函數正常返回.返回值等於len 2)當讀到了文件的結尾時,函數正常返回.返回值小於len 3) 當操作發生錯誤時,返回-1,且設置錯誤爲相應的錯誤號(errno)
如果flags爲0,則和read,write一樣的操作.還有其它的幾個選項,不過我們實際上用的很少,可以查看 Linux Programmer's Manual得到詳細解釋.
Send()函數返回實際上發送出的字節數，可能會少於你希望發送的數據。在程序中應該將send()的返回值與欲發送的字節數進行比較。當send()返回值與len不匹配時，應該對這種情況進行處理。
char *msg = "Hello!";
int len, bytes_sent;
……
len = strlen(msg);
bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);
……
recv()函數原型爲：
int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
Sockfd是接受數據的socket描述符；buf 是存放接收數據的緩衝區；len是緩衝的長度。Flags也被置爲0。Recv()返回實際上接收的字節數，當出現錯誤時，返回-1並置相應的errno值。
Sendto()和recvfrom()用於在無連接的數據報socket方式下進行數據傳輸。由於本地socket並沒有與遠端機器建立連接，所以在發送數據時應指明目的地址。
sendto()函數原型爲：
int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);
該函數比send()函數多了兩個參數，to表示目地機的IP地址和端口號信息，而tolen常常被賦值爲sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函數也返回實際發送的數據字節長度或在出現發送錯誤時返回-1。
Recvfrom()函數原型爲：
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);
from是一個struct sockaddr類型的變量，該變量保存源機的IP地址及端口號。fromlen常置爲sizeof (struct sockaddr)。當recvfrom()返回時，fromlen包含實際存入from中的數據字節數。Recvfrom()函數返回接收到的字節數或當出現錯誤時返回-1，並置相應的errno。
如果你對數據報socket調用了connect()函數時，你也可以利用send()和recv()進行數據傳輸，但該socket仍然是數據報socket，並且利用傳輸層的UDP服務。但在發送或接收數據報時，內核會自動爲之加上目地和源地址信息。
也可用size_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes) 和size_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte)
read 返回零表示讀到了EOF(文件結束符,如果讀的是文件,那就是一個文件的末尾,如果讀的是socket,那表示對方已經斷開連接)
結束傳輸
當所有的數據操作結束以後，你可以調用close()函數來釋放該socket，從而停止在該socket上的任何數據操作：
close(sockfd);
你也可以調用shutdown()函數來關閉該socket。該函數允許你只停止在某個方向上的數據傳輸，而一個方向上的數據傳輸繼續進行。如你可以關閉某socket的寫操作而允許繼續在該socket上接受數據，直至讀入所有數據。
int shutdown(int sockfd,int how);
Sockfd是需要關閉的socket的描述符。參數 how允許爲shutdown操作選擇以下幾種方式：
·0-------不允許繼續接收數據
·1-------不允許繼續發送數據
·2-------不允許繼續發送和接收數據，
·均爲允許則調用close ()
shutdown在操作成功時返回0，在出現錯誤時返回-1並置相應errno。
面向連接的Socket實例
代碼實例中的服務器通過socket連接向客戶端發送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服務器上運行該服務器軟件，在客戶端運行客戶軟件，客戶端就會收到該字符串。
該服務器軟件代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#define SERVPORT 3333 /*服務器監聽端口號 */
#define BACKLOG 10 /* 最大同時連接請求數 */
main()
{
int sockfd,client_fd; /*sock_fd：監聽socket；client_fd：數據傳輸socket */
struct sockaddr_in my_addr; /* 本機地址信息 */
struct sockaddr_in remote_addr; /* 客戶端地址信息 */
int sin_size;
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket創建出錯！");
exit(1);
}
my_addr.sin_family=AF_INET;
my_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(my_addr.sin_zero),8);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("bind出錯！");
exit(1);
}
if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1)
{
perror("listen出錯！");
exit(1);
}
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
/*
當服務器運行到accept語句時，而沒有客戶連接服務請求到來，
服務器就會停止在 accept語句上等待連接服務請求的到來,這種情況稱爲阻塞（blocking）。
而非阻塞操作則可以立即完成。比如，如果你希望服務器僅僅注意檢查是否有客戶在等待連接，有就接受連接，
否則就繼續做其他事情，則可以通過將Socket設置爲非阻塞方式來實現。非阻塞socket在沒有客戶在等待時就使 accept調用立即返回。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK)；
*/
while(1) // 輪詢方式，不斷調用accept函數
{
//sin_size是accept 的傳出參數，它的值是寫入remote_addr的數據量大小
//sin_size <= sizeof(struct sockaddr_in)
if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size)) == -1)
{
perror("accept出錯");
continue;
}
printf("received a connection from %s/n", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
//////////////<---用子進程，併發度高
if (!fork())
{ /* 子進程代碼段 */
if (send(client_fd, "Hello, you are connected!/n", 26, 0) == -1)
perror("send出錯！");
close(client_fd);
exit(0);
}
//////////////---->
/*//////////////<---不用子進程。send 函數很耗時，故併發度低
if (send(client_fd, "Hello, you are connected!/n", 26, 0) == -1)
perror("send出錯！");
close(client_fd);
//////////////---->*/
close(client_fd);
}
} 服務器的工作流程是這樣的：首先調用socket函數創建一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，然後調用 listen在相應的socket上監聽，當accpet接收到一個連接服務請求時，將生成一個新的socket。服務器顯示該客戶機的IP地址，並通過 新的socket向客戶端發送字符串"Hello，you are connected!"。最後關閉該socket。
代碼實例中的fork()函數生成一個子進程來處理數據傳輸部分，fork()語句對於子進程返回的值爲0。所以包含fork函數的if語句是子進程代碼部分，它與if語句後面的父進程代碼部分是併發執行的。
客戶端程序代碼如下：
#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#define SERVPORT 3333
#define MAXDATASIZE 100 /*每次最大數據傳輸量 */
main(int argc, char *argv[]){
int sockfd, recvbytes;
char buf[MAXDATASIZE];
struct hostent *host;
struct sockaddr_in serv_addr;
if (argc < 2) {
fprintf(stderr,"Please enter the server's hostname!/n");
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) {
herror("gethostbyname出錯！");
exit(1);
}
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket創建出錯！");
exit(1);
}
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, /
sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("connect出錯！");
exit(1);
}
if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) ==-1) {
perror("recv出錯！");
exit(1);
}
buf[recvbytes] = '/0';
printf("Received: %s",buf);
close(sockfd);
}
客戶端程序首先通過服務器域名獲得服務器的IP地址，然後創建一個socket，調用connect函數與服務器建立連接，連接成功之後接收從服務器發送過來的數據，最後關閉socket。
函數gethostbyname()是完成域名轉換的。由於IP地址難以記憶和讀寫，所以爲了方便，人們常常用域名來表示主機，這就需要進行域名和IP地址的轉換。函數原型爲：
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
函數返回爲hosten的結構類型，它的定義如下：
struct hostent {
char *h_name; /* 主機的官方域名 */
char **h_aliases; /* 一個以NULL結尾的主機別名數組 */
int h_addrtype; /* 返回的地址類型，在Internet環境下爲AF-INET */
int h_length; /* 地址的字節長度 */
char **h_addr_list; /* 一個以0結尾的數組，包含該主機的所有地址*/
};
#define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一個地址*/
當 gethostname()調用成功時，返回指向struct hosten的指針，當調用失敗時返回-1。當調用gethostbyname時，你不能使用perror()函數來輸出錯誤信息，而應該使用herror()函數來輸出。
無連接的客戶/服務器程序的在原理上和連接的客戶/服務器是一樣的，兩者的區別在於無連接的客戶/服務器中的客戶一般不需要建立連接，而且在發送接收數據時，需要指定遠端機的地址。
阻塞和非阻塞
阻塞函數在完成其指定的任務以前不允許程序調用另一個函數。例如，程序執行一個讀數據的函數調用時，在此函數完成讀操作以前將不會執行下一程序語句。當 服務器運行到accept語句時，而沒有客戶連接服務請求到來，服務器就會停止在accept語句上等待連接服務請求的到來。這種情況稱爲阻塞 （blocking）。而非阻塞操作則可以立即完成。比如，如果你希望服務器僅僅注意檢查是否有客戶在等待連接，有就接受連接，否則就繼續做其他事情，則 可以通過將Socket設置爲非阻塞方式來實現。非阻塞socket在沒有客戶在等待時就使accept調用立即返回。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
……
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK)；
……
通過設置socket爲非阻塞方式，可以實現"輪詢"若干Socket。當企圖從一個沒有數據等待處理的非阻塞Socket讀入數據時，函數將立即返 回，返回值爲-1，並置errno值爲EWOULDBLOCK。但是這種"輪詢"會使CPU處於忙等待方式，從而降低性能，浪費系統資源。而調用 select()會有效地解決這個問題，它允許你把進程本身掛起來，而同時使系統內核監聽所要求的一組文件描述符的任何活動，只要確認在任何被監控的文件 描述符上出現活動，select()調用將返回指示該文件描述符已準備好的信息，從而實現了爲進程選出隨機的變化，而不必由進程本身對輸入進行測試而浪費 CPU開銷。Select函數原型爲:
int select(int numfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds，
fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);
其中readfds、writefds、exceptfds分別是被select()監視的讀、寫和異常處理的文件描述符集合。如果你希望確定是否可以 從標準輸入和某個socket描述符讀取數據，你只需要將標準輸入的文件描述符0和相應的sockdtfd加入到readfds集合中；numfds的值 是需要檢查的號碼最高的文件描述符加1，這個例子中numfds的值應爲sockfd+1；當select返回時，readfds將被修改，指示某個文件 描述符已經準備被讀取，你可以通過FD_ISSSET()來測試。爲了實現fd_set中對應的文件描述符的設置、復位和測試，它提供了一組宏：
FD_ZERO(fd_set *set)----清除一個文件描述符集；
FD_SET(int fd,fd_set *set)----將一個文件描述符加入文件描述符集中；
FD_CLR(int fd,fd_set *set)----將一個文件描述符從文件描述符集中清除；
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)----試判斷是否文件描述符被置位。
Timeout參數是一個指向struct timeval類型的指針，它可以使select()在等待timeout長時間後沒有文件描述符準備好即返回。struct timeval數據結構爲：
struct timeval {
int tv_sec; /* seconds */
int tv_usec; /* microseconds */
};
POP3客戶端實例
下面的代碼實例基於POP3的客戶協議，與郵件服務器連接並取回指定用戶帳號的郵件。與郵件服務器交互的命令存儲在字符串數組POPMessage中，程序通過一個do-while循環依次發送這些命令。
#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#define POP3SERVPORT 110
#define MAXDATASIZE 4096
main(int argc, char *argv[]){
int sockfd;
struct hostent *host;
struct sockaddr_in serv_addr;
char *POPMessage[]={
"USER userid/r/n",
"PASS password/r/n",
"STAT/r/n",
"LIST/r/n",
"RETR 1/r/n",
"DELE 1/r/n",
"QUIT/r/n",
NULL
};
int iLength;
int iMsg=0;
int iEnd=0;
char buf[MAXDATASIZE];
if((host=gethostbyname("your.server"))==NULL) {
perror("gethostbyname error");
exit(1);
}
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket error");
exit(1);
}
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(POP3SERVPORT);
serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1){
perror("connect error");
exit(1);
}
do {
send(sockfd,POPMessage[iMsg],strlen(POPMessage[iMsg]),0);
printf("have sent: %s",POPMessage[iMsg]);
iLength=recv(sockfd,buf+iEnd,sizeof(buf)-iEnd,0);
iEnd+=iLength;
buf[iEnd]='/0';
printf("received: %s,%d/n",buf,iMsg);
iMsg++;
} while (POPMessage[iMsg]);
close(sockfd);
}
服務器模型
學習過《軟件工程》吧.軟件工程可是每一個程序員"必修"的課程啊.如果你沒有學習過, 建議你去看一看. 在這一章裏面,我們一起來從軟件工程的角度學習網絡編程的思想.在我們寫程序之前, 我們都應該從軟件工程的角度規劃好我們的軟件,這樣我們開發軟件的效率纔會高. 在網絡程序裏面,一般的來說都是許多客戶機對應一個服務器.爲了處理客戶機的請求, 對服務端的程序就提出了特殊的要求.我們學習一下目前最常用的服務器模型.
循環服務器:循環服務器在同一個時刻只可以響應一個客戶端的請求
併發服務器:併發服務器在同一個時刻可以響應多個客戶端的請求
9.1 循環服務器:UDP服務器
UDP循環服務器的實現非常簡單:UDP服務器每次從套接字上讀取一個客戶端的請求,處理, 然後將結果返回給客戶機.
可以用下面的算法來實現.
socket(...);
bind(...);
while(1)
{
recvfrom(...);
process(...);
sendto(...);
}
因爲UDP是非面向連接的,沒有一個客戶端可以老是佔住服務端. 只要處理過程不是死循環, 服務器對於每一個客戶機的請求總是能夠滿足.
9.2 循環服務器:TCP服務器
TCP循環服務器的實現也不難:TCP服務器接受一個客戶端的連接,然後處理,完成了這個客戶的所有請求後,斷開連接.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
}
TCP循環服務器一次只能處理一個客戶端的請求.只有在這個客戶的所有請求都滿足後, 服務器纔可以繼續後面的請求.這樣如果有一個客戶端佔住服務器不放時,其它的客戶機都不能工作了.因此,TCP服務器一般很少用循環服務器模型的.
9.3 併發服務器:TCP服務器
爲了彌補循環TCP服務器的缺陷,人們又想出了併發服務器的模型. 併發服務器的思想是每一個客戶機的請求並不由服務器直接處理,而是服務器創建一個 子進程來處理.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
if(fork(..)==0)
{
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
exit(...);
}
close(...);
}
TCP併發服務器可以解決TCP循環服務器客戶機獨佔服務器的情況. 不過也同時帶來了一個不小的問題.爲了響應客戶機的請求,服務器要創建子進程來處理. 而創建子進程是一種非常消耗資源的操作.
9.4 併發服務器:多路複用I/O
爲了解決創建子進程帶來的系統資源消耗,人們又想出了多路複用I/O模型.
首先介紹一個函數select
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,
fd_set *except fds,struct timeval *timeout)
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
一般的來說當我們在向文件讀寫時,進程有可能在讀寫出阻塞,直到一定的條件滿足. 比如我們從一個套接字讀數據時,可能緩衝區裏面沒有數據可讀 (通信的對方還沒有 發送數據過來),這個時候我們的讀調用就會等待(阻塞)直到有數據可讀.如果我們不 希望阻塞,我們的一個選擇是用select系統調用. 只要我們設置好select的各個參數,那麼當文件可以讀寫的時候select回"通知"我們 說可以讀寫了. readfds所有要讀的文件文件描述符的集合
writefds所有要的寫文件文件描述符的集合
exceptfds其他的服要向我們通知的文件描述符
timeout超時設置.
nfds所有我們監控的文件描述符中最大的那一個加1
在我們調用select時進程會一直阻塞直到以下的一種情況發生. 1)有文件可以讀.2)有文件可以寫.3)超時所設置的時間到.
爲了設置文件描述符我們要使用幾個宏. FD_SET將fd加入到fdset
FD_CLR將fd從fdset裏面清除
FD_ZERO從fdset中清除所有的文件描述符
FD_ISSET判斷fd是否在fdset集合中
使用select的一個例子
int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;
maxfd=readfd[0];
for(i=1;i
if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
while(1)
{
/* 將所有的文件描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);
for(i=0;i
FD_SET(readfd[i],*my_readfd);
/* 進程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
/* 有東西可以讀了 */
for(i=0;i
if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
{
/* 原來是我可以讀了 */
we_read(readfd[i]);
}
}
}
使用select後我們的服務器程序就變成了.
初始化(socket,bind,listen);
while(1)
{
設置監聽讀寫文件描述符(FD_*);
調用select;
如果是傾聽套接字就緒,說明一個新的連接請求建立
{
建立連接(accept);
加入到監聽文件描述符中去;
}
否則說明是一個已經連接過的描述符
{
進行操作(read或者write);
}
}
多路複用I/O可以解決資源限制的問題.着模型實際上是將UDP循環模型用在了TCP上面. 這也就帶來了一些問題.如由於服務器依次處理客戶的請求,所以可能會導致有的客戶 會等待很久.
9.5 併發服務器:UDP服務器
人們把併發的概念用於UDP就得到了併發UDP服務器模型. 併發UDP服務器模型其實是簡單的.和併發的TCP服務器模型一樣是創建一個子進程來處理的 算法和併發的TCP模型一樣.
除非服務器在處理客戶端的請求所用的時間比較長以外,人們實際上很少用這種模型.
9.6 一個併發TCP服務器實例
#include
#include
#include
#include
#include
#define MY_PORT 8888
int main(int argc ,char **argv)
{
int listen_fd,accept_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
int n;
if((listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
printf("Socket Error:%s/n/a",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
client_addr.sin_family=AF_INET;
client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
n=1;
/* 如果服務器終止後,服務器可以第二次快速啓動而不用等待一段時間 */
setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("Bind Error:%s/n/a",strerror(errno));
exit(1);
}
listen(listen_fd,5);
while(1)
{
accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
continue;
else if(accept_fd<0)
{
printf("Accept Error:%s/n/a",strerror(errno));
continue;
}
if((n=fork())==0)
{
/* 子進程處理客戶端的連接 */
char buffer[1024];
close(listen_fd);
n=read(accept_fd,buffer,1024);
write(accept_fd,buffer,n);
close(accept_fd);
exit(0);
}
else if(n<0)
printf("Fork Error:%s/n/a",strerror(errno));
close(accept_fd);
}
}