基於epoll的聊天室總結

項目參考：

epoll實現高併發聊天室
項目基本介紹：
基於epoll機制，實現多客戶在線實時通信。
通過此項目學習了基本的TCP客服、服務程序的基本流程以及epoll的使用。一邊查看unix網絡編程卷一，對原來的項目做了稍稍的改變

服務端：

創建了一個IPv4套接字地址

//用戶連接的服務器 IP + port
    struct sockaddr_in serverAddr;

將服務器的ip地址和端口號填入套接字地址結構

	serverAddr.sin_family = PF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);   // htons返回網絡字節序
    // inet_addr已被廢棄
//    serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
    inet_aton(SERVER_IP,(struct in_addr*)&serverAddr.sin_addr.s_addr);

創建TCP套接字，通過指定使用的協議族和套接字類型使用對應的傳輸協議：

//創建socket套接字，使用TCP傳輸協議，返回套接字描述符，類似於文件描述符
    int listener = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

將套接字地址結構綁定到套接字上

//綁定地址
    if( bind(listener, (const struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) {
        perror("bind error");
        exit(-1);
    }

socket被創建之初，被假設是一個主動套接字，listen將一個未連接的套接字轉化爲一個被動套接字，第二個參數5，是已排隊連接的最大數目

//監聽,下面設置的5對於現在的網絡可能較小
    int ret = listen(listener, 5);

使用epoll_create方法創建事件表，後續的連接都將註冊到此事件表中

//在內核中創建事件表
int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);
if(epfd < 0) { perror("epfd error"); exit(-1);}

通過調用自己的addfd方法，將監聽套接字描述符填入epoll_event結構體中，並添加到事件表中

//utility.h
void addfd( int epollfd, int fd, bool enable_et )
{
    struct epoll_event ev;
    ev.data.fd = fd;
    STDIN_FILENO
    ev.events = EPOLLIN;
    if( enable_et )
        ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
    setnonblocking(fd);
    printf("fd added to epoll!\n");
}

//往內核事件表裏添加事件
addfd(epfd, listener, true);

參考：epoll詳解
通過epoll_wait方法，將就緒事件從事件表中複製到第二個參數events數組中。
如果是監聽套接字狀態發生變化，使用accept函數，通過監聽套接字描述符創建一個已連接套接字描述符，並通過自己的addfd方法將已連接套接字添加到事件表中，同時添加到創建的clients_list中，方便後續進行廣播羣發消息。並使用send函數給新連接的客戶端發送歡迎消息。
如果發送變化的是已連接套接字，說明有客戶端發送來的新的消息，那麼就需要對所有除發送消息的客戶端進行羣發廣播消息。

//主循環
    while(1)
    {
        //epoll_events_count表示就緒事件的數目
        int epoll_events_count = epoll_wait(epfd, events, EPOLL_SIZE, -1);
        if(epoll_events_count < 0) {
            perror("epoll failure");
            break;
        }

        printf("epoll_events_count = %d\n", epoll_events_count);
        //處理這epoll_events_count個就緒事件
        for(int i = 0; i < epoll_events_count; ++i)
        {
            int sockfd = events[i].data.fd;
            //新用戶連接
            if(sockfd == listener)
            {
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrLength = sizeof(struct sockaddr_in);
                int clientfd = accept( listener, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrLength );

                printf("client connection from: %s : % d(IP : port), clientfd = %d \n",
                       inet_ntoa(client_address.sin_addr),
                       ntohs(client_address.sin_port),
                       clientfd);

                addfd(epfd, clientfd, true);	//把這個新的客戶端添加到內核事件列表

                // 服務端用list保存用戶連接
                clients_list.push_back(clientfd);
                printf("Add new clientfd = %d to epoll\n", clientfd);
                printf("Now there are %d clients int the chat room\n", (int)clients_list.size());

                // 服務端發送歡迎信息
                printf("welcome message\n\n");
                char message[BUF_SIZE];
                bzero(message, BUF_SIZE);
                // sprintf無法檢測緩衝區是否溢出,snprintf是更好的選擇
                // sprintf(message, SERVER_WELCOME, clientfd);
                snprintf(message,sizeof(message),SERVER_WELCOME,clientfd);
                int ret = send(clientfd, message, BUF_SIZE, 0);
                if(ret < 0) { perror("send error"); exit(-1); }
            }
                //客戶端喚醒//處理用戶發來的消息，並廣播，使其他用戶收到信息
            else
            {
                int ret = sendBroadcastmessage(sockfd);
                if(ret < 0) { perror("error");exit(-1); }
            }
        }
    }

進行廣播消息的時候，要判斷recv函數的返回值，如果是0表示被動關閉，接着調用close方法，將客戶端進行關閉，並移出客戶端列表。如果大於0表示發來了數據，將數據對客戶端列表中除發送方的所有客戶端進行廣播羣發。

// utility.h
int sendBroadcastmessage(int clientfd)
{
    // buf[BUF_SIZE] receive new chat message
    // message[BUF_SIZE] save format message
    char buf[BUF_SIZE], message[BUF_SIZE];
    bzero(buf, BUF_SIZE);
    bzero(message, BUF_SIZE);

    // receive message
    printf("read from client(clientID = %d)\n", clientfd);
    int len = recv(clientfd, buf, BUF_SIZE, 0);

    if(len == 0)  // len = 0 means the client closed connection
    {
        close(clientfd);
        clients_list.remove(clientfd); //server remove the client
        printf("ClientID = %d closed.\n now there are %d client in the char room\n", clientfd, (int)clients_list.size());

    }
    else  //broadcast message
    {
        if(clients_list.size() == 1) { // this means There is only one int the char room
            send(clientfd, CAUTION, strlen(CAUTION), 0);
            return len;
        }
        // format message to broadcast
        sprintf(message, SERVER_MESSAGE, clientfd, buf);

        list<int>::iterator it;
        for(it = clients_list.begin(); it != clients_list.end(); ++it) {
            if(*it != clientfd){
                if( send(*it, message, BUF_SIZE, 0) < 0 ) {
                    perror("error");
                    exit(-1);
                }
            }
        }
    }
    return len;
}

客戶端

套接字地址的創建以及和socket套接字的綁定與服務端類似，然後通過使用connect函數阻塞式主動打開進行與服務端的連接。connect前調用bind函數不是必須的，內核會確定源ip，並選擇臨時端口作爲源端口。

// 連接服務端
    if(connect(sock, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) {
        perror("connect error");
        exit(-1);
    }

使用管道進行進程間通信，後面要一個進程負責接收用戶的輸入，一個進程等待服務器的消息

// 創建管道，fd[0]爲讀而打開，fd[1]爲寫而打開。fd[1]的輸出是fd[0]的輸入
    // 打算其中fd[0]用於父進程讀，fd[1]用於子進程寫
    int pipe_fd[2];
    if(pipe(pipe_fd) < 0) { perror("pipe error"); exit(-1); }

依然還是用epoll機制來監聽管道讀和套接字描述符sock是否有事件發生

// 創建epoll
    int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);
    if(epfd < 0) { perror("epfd error"); exit(-1); }
    static struct epoll_event events[2];
    //將sock和管道讀端描述符都添加到內核事件表中
    addfd(epfd, sock, true);
    addfd(epfd, pipe_fd[0], true);

使用fork函數，創建一個父進程的副本---------子進程，一次被調用，但返回兩次，子進程返回0，而在父進程返回子進程的進程id
子進程負責向管道寫數據，關閉子進程的讀端
父進程負責接收數據，關閉管道的寫端，通過判斷是sock狀態發送了變化還是管道的狀態發送了變化，將數據顯示還是將數據發送到服務端。

	int pid = fork();
    if(pid < 0) {
        perror("fork error"); exit(-1);
    }
    else if(pid == 0)      // 子進程
    {
        //子進程負責寫入管道，因此先關閉讀端
        close(pipe_fd[0]);
        printf("Please input 'exit' to exit the chat room\n");

        while(isClientwork){
            bzero(&message, BUF_SIZE);
            fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

            // 客戶輸出exit,退出
            if(strncasecmp(message, EXIT, strlen(EXIT)) == 0){
                isClientwork = 0;
            }
                // 子進程將信息寫入管道
            else {
                if( write(pipe_fd[1], message, strlen(message) - 1 ) < 0 )
                { perror("fork error"); exit(-1); }
            }
        }
    }
    else  //pid > 0 父進程
    {
        //父進程負責讀管道數據，因此先關閉寫端
        close(pipe_fd[1]);

        // 主循環(epoll_wait)
        while(isClientwork) {
            int epoll_events_count = epoll_wait( epfd, events, 2, -1 );
            //處理就緒事件
            for(int i = 0; i < epoll_events_count ; ++i)
            {
                bzero(&message, BUF_SIZE);

                //服務端發來消息
                if(events[i].data.fd == sock)
                {
                    //接受服務端消息
                    int ret = recv(sock, message, BUF_SIZE, 0);

                    // ret= 0 服務端關閉
                    if(ret == 0) {
                        printf("Server closed connection: %d\n", sock);
                        close(sock);
                        isClientwork = 0;
                    }
                    else printf("%s\n", message);

                }
                //子進程寫入事件發生，父進程處理併發送服務端
                else {
                    //父進程從管道中讀取數據,輸入和輸出的字節數可能比請求的數量少，
                    // 內核中用於套接字的緩衝區可能已經到了極限
                    int ret = read(events[i].data.fd, message, BUF_SIZE);

                    // ret = 0
                    if(ret == 0) isClientwork = 0;
                    else{   // 將信息發送給服務端
                        send(sock, message, BUF_SIZE, 0);
                    }
                }
            }//for
        }//while
    }

通過學習此項目：學到了客戶端與服務端進行通信的基本步驟，以及使用使用管道進行進程間通信，管道進行通信時需要進程有共同的祖先，在這裏是學習管道的一個很好的例子。