linux簡易聊天室的實現

1，寫這個東西的初衷

主要還是爲了熟練熟練網絡編程的東西，這些天有時間將網絡編程總細節一點的地方又看了看，主要是一些網絡編程中的庫函數:setsockopt、TCP、UDP這些東西。
之前剛剛看網絡編程方面知識的時候在windows上寫了個很簡單的網絡傳輸的小程序（就是這個），那個時候就想着能不能寫一個聊天室類的程序。剛好這些天看書時候書上有一個聊天室的源代碼程序，正好這些天也比較閒，將源碼看了一遍後感覺實現起來邏輯還是比較清晰的，於是就動手吧，多敲敲找找感覺也沒錯。

2、實現功能

運行服務器端，等待客戶端連接。
當客戶成功連接服務器後可以向服務器發送數據，服務器接收到數據後將接收到的數據發送給其他連接上的客戶端。
客戶端連接後發送*+name，可以設置自己在其他客戶端上輸出時的名字

3、一些細節

（1）在服務器端，設計一個結構體用來存放客戶端的信息

struct client_data
{
	sockaddr_in address; //客戶端的地址
	char my_name[MAX_NAME_LEN]; //用於保存客戶端的名字
	char *write_buf; //這裏存放的是將要發送給其他客戶端的數據
	char buf[BUFFER_SIZE]; //這裏存放的是從客戶端接收到的數據
};

（2）I/O複用採用poll模型
監聽着10個pollfd結構體，下標0作爲listenfd

pollfd fds[MAX_USER_NO + 1];
/*監聽文件描述符*/
	fds[0].fd = lfd;
	fds[0].events = POLLIN | POLLERR;
	fds[0].revents = 0;

（3）設置文件描述符爲非阻塞
爲什麼要設置非阻塞，可以考慮要是文件描述符是阻塞的，那麼當send/recv時要是緩衝區沒有數據，就停在那了不動了，最後的情況就是所有的數據讀寫都要嚴格按照程序設定的時序走，這已經不是聊天室了。

int setnonblocking(int fd)
{
	int old_option = fcntl(fd , F_GETFL);
	int new_option = fcntl(fd, old_option | O_NONBLOCK);
	fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
	return old_option;
}

（4）客戶端的名字獲取和客戶端發送/接收緩衝區的拷貝
一開始，就收到客戶端以 ‘*’ 開頭的字符串，我們認爲後面跟的是名字，將他截取下來，保存到成員變量中

//發來的是名字
//--可以增加改名字的功能
	if ( (ret > 0) && users[connfd].buf[0] == '*') {
		strncpy(users[connfd].my_name, users[connfd].buf + 1, (strlen(users[connfd].buf)-2) );	//這裏-2因爲要去掉*和最後的\n
		printf("***************  ++  ***************  new client : %s\n", users[connfd].my_name);
		continue;
	}

然後再發來的字符串我們都認爲是聊天的內容，接收後先保存在 char buf[BUFFER_SIZE]; 中，當確認接收完畢後，做一個for循環，將除了發送的客戶端以外的其他客戶端的 char *write_buf; 設爲聊天內容，同時這些客戶端的相應pollfd結構體開始監聽POLLIN事件
（5）整個實現流程就是poll循環監聽文件描述符集，當有事件發生時，for循環找到發生事件的那個文件描述符，然後判斷是什麼事件，進行相應處理，若是POLLIN事件的話，將數據保存在成員變量buf中後，在利用一個for循環將數據寫到除了該文件描述符以外的其他文件描述符對應的user結構體的write_buf中，並修改事件監聽爲POLLOUT。繼續循環

4、源碼.c

服務器端

#include "chat_room_server.h" 

int setnonblocking(int fd)
{
	int old_option = fcntl(fd , F_GETFL);
	int new_option = fcntl(fd, old_option | O_NONBLOCK);
	fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
	return old_option;
}

int main(void)
{
	int lfd;
	int ret;
	struct sockaddr_in addr_server;
	bzero(&addr_server, sizeof(addr_server));
	addr_server.sin_port = htons(MY_PORT);
	addr_server.sin_family = AF_INET;
	addr_server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

	lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	int on = 1;
	if (setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0) {
		printf("setsockopt () err\n");
		return -1;
	}
	if (lfd < 0) {
		printf("socket() err\n");
		return -1;
	}
	ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr_server, sizeof(addr_server));
	if (ret < 0) {
		printf("bind() err\n");
		return -1;
	}

	ret = listen(lfd, 10);
	if (ret < 0) {
		printf("listen() err\n");
		return -1;
	}

	/*分配客戶端數據*/
	//char temp_buf[BUFFER_SIZE];
	client_data* users = (client_data *)malloc(sizeof(client_data) * 10);
	pollfd fds[MAX_USER_NO + 1];
	int user_count = 0;//記錄用戶連接數
	for (int i = 0; i <= MAX_USER_NO; i++) {
		fds[i].fd = -1;
		fds[i].events = 0;
	}
	/*監聽文件描述符*/
	fds[0].fd = lfd;
	fds[0].events = POLLIN | POLLERR;
	fds[0].revents = 0;

	while (1)
	{
		ret = poll(fds, user_count + 1, -1);//阻塞等待
		if (ret < 0) {
			printf("poll() err\n");
			return -1;
		}
		for (int i = 0; i < user_count + 1; i++) {
			/*意味着有新的客戶端請求連接*/
			if ((fds[i].fd == lfd) && (fds[i].revents & POLLIN)) {
				struct sockaddr_in addr_client;
				socklen_t len_clientaddr = sizeof(addr_client);
				int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&addr_client, &len_clientaddr);
				if (cfd < 0) {
					printf("accept() err\n");
					continue;
				}
				//printf("a new client is connect\n");
				if (user_count >= MAX_USER_NO) {
					const char* info = "too many client! \n";
					printf("%s\n",info);
					send(cfd, info , strlen(info),0);
					close(cfd);
					continue;
				}
				/*連接新的客戶端，分配客戶端信息*/
				user_count++;
				setnonblocking(cfd);
				/*採取文件描述符作爲下標*/
				users[cfd].address = addr_client;
				fds[user_count].fd = cfd;
				fds[user_count].events = POLLIN | POLLRDHUP | POLLERR;
				fds[user_count].revents = 0;
				printf("a new user is coming ,now have %d users in room\n", user_count);
			}
			else if (fds[i].revents & POLLERR) {
				printf("get POLLERR from fd:%d\n", fds[i].fd);
				char err[100];
				memset(err, '\0', 100);
				socklen_t len_err = sizeof(err);
				if ((getsockopt(fds[i].fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len_err)) < 0) {
					printf("getsockopt err\n");
				}
				printf("err: %s", err);
				continue;
			}
			else if (fds[i].revents & POLLRDHUP) {
				users[fds[i].fd] = users[fds[user_count].fd];
				close(fds[i].fd);
				printf("fds[%d].revents & POLLRDHUP so a client leave\n", i);
				fds[i] = fds[user_count];
				user_count--;
				i--;
				continue;
			}
			else if (fds[i].revents & POLLIN) {
				int connfd = fds[i].fd;
				memset(users[connfd].buf, '\0', BUFFER_SIZE);
				//memset(users[connfd].my_name, '\0', MAX_NAME_LEN);
				//memset(users[connfd].write_buf, '\0', BUFFER_SIZE);
				ret = recv(connfd, users[connfd].buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);
				//發來的是名字
				//--可以增加改名字的部分
				if ( (ret > 0) && users[connfd].buf[0] == '*') {
					strncpy(users[connfd].my_name, users[connfd].buf + 1, (strlen(users[connfd].buf)-2) );	//這裏-2因爲要去掉*和最後的\n
					printf("************************  ++  ************************  new client : %s\n", users[connfd].my_name);
					//printf("test users[connfd].my_name: %s\n", users[connfd].my_name);
					continue;
				}
				//printf("test users[connfd].my_name outside: %s\n", users[connfd].my_name);
				printf("recv the msg from:%s  msg:%s\n", users[connfd].my_name , users[connfd].buf);
				if (ret < 0) {
					/*因爲是非阻塞，這裏進行多一次判斷*/
					if (ret != EAGAIN) {
						printf("fd: %d  recv err and will close this fd \n", connfd);
						close(connfd);
						/*下面兩步是將該處的用戶數據和文件描述符改成最後一個，i--重新進入文件描述符的尋找中去，
								就是用最後一個文件描述符代替這個位置的文件描述符，然後對這個位置在過一遍流程*/
						users[fds[i].fd] = users[fds[user_count].fd];
						fds[i] = fds[user_count];
						i--;
						user_count--;
					}
				}
				else if (ret == 0) {

				}
				/*正常收到數據，準備將這些數據發送給其他的客戶端*/
				else
				{
					for (int j = 1; j <= user_count; j++) {
						if (fds[j].fd == connfd) { //爲發送數據的客戶端
							continue;
						}
						/*修改事件爲POLLOUT*/
						fds[j].events |= ~POLLIN;
						fds[j].events |= POLLOUT;
						users[fds[j].fd].write_buf = (char *)malloc(BUFF!:ER_SIZE);
						//strncpy(temp_buf, users[connfd].buf, BUFFER_SIZE);
						//sprintf(temp_buf, "%s", users[connfd].buf);
						sprintf(users[fds[j].fd].write_buf, "%s  :%s", users[connfd].my_name, users[connfd].buf);
						//printf("No:%d \t test when sprintf users[connfd].write_buf:%s\n", fds[j].fd, users[fds[j].fd].write_buf);
						//users[fds[j].fd].write_buf = users[connfd].buf;
					}
				}
			}
			/*這裏識
			別事件POLLOUT 向其他客戶端發送某個客戶端的數據*/
			else if (fds[i].revents & POLLOUT) {
				int connfd = fds[i].fd;
				if (!users[connfd].write_buf) {
					continue;
				}
				//printf("No:%d \t test befor send users[connfd].write_buf:%s\n", connfd,users[connfd].write_buf);
				if ( (send(connfd, users[connfd].write_buf, strlen(users[connfd].write_buf),0)) < 0 ) {
					printf("send err at fd:%d", connfd);
				}
				free(users[connfd].write_buf);
				users[connfd].write_buf = NULL;
				//memset(users[connfd].write_buf, '\0', sizeof(BUFFER_SIZE));
				fds[i].events |= ~POLLOUT;
				fds[i].events |= POLLIN;
			}
		}
	}
	free(users);
	close(lfd);
	return 0;
}

客戶端

#include "chat_room_client.h"

int main()
{
	int sfd;

	struct sockaddr_in addr_server;
	bzero(&addr_server, sizeof(addr_server));
	addr_server.sin_family = AF_INET;
	addr_server.sin_port = htons(MY_PORT);
	addr_server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	
	sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (sfd < 0)
		return -1;
	if (connect(sfd, (struct sockaddr*)&addr_server, sizeof(addr_server)) < 0) {
		close(sfd);
		return -1;
	}
	printf("connect is success\n");

	/*註冊文件描述符，0用於輸出，1用於讀socket上的內容*/
	pollfd fds[2];
	fds[0].fd = 0;
	fds[0].events = POLLIN | POLLOUT;
	fds[0].revents = 0;


	fds[1].fd = sfd;
	fds[1].events = POLLIN | POLLRDHUP; //服務器關閉連接時，設置爲POLLRDHUP
	fds[1].revents = 0;

	char read_buf[BUFFER_SIZE]; //64
	/*準備兩個管道*/
	int pipefd[2];
	int ret = pipe(pipefd);
	if (ret < 0)
		return -1;
	while (1)
	{
		ret = poll(fds, 2, -1);
		if (ret < 0) {
			printf("poll() error\n");
			return -1;
		}
		/*服務器關閉*/
		if (fds[1].revents & POLLRDHUP) {
			printf("server close the connect!\n");
			break;
		}
		/*socket緩衝區有數據可讀*/
		if (fds[1].revents & POLLIN) {
			memset(read_buf, '\0', BUFFER_SIZE);
			recv(fds[1].fd, read_buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);
			printf("%s\n", read_buf);
		}
		/*客戶端用戶輸入數據,使用splice函數，實現零拷貝*/
		/*ssize_t splice(int fd_in,loff_t* off_t,int fd_out,loff_t* off_out,size_t len,unsigned int flags);
				fd_in:待輸入數據的文件描述符.

				off_t:如果fd_in是一個管道文件描述符,那麼off_t參數必須是NULL,表示從數據流的當前偏移位置讀入;如果fd_in不是一個管道文件描述符(例如socket)，則它將指出具體的偏移位置.

				 len:指定移動數據的長度.

				flags:則控制數據如何移動，它可以被設置爲下表中值的按位異或.*/
		if (fds[0].revents & POLLIN) {
			ret = splice(0, NULL, pipefd[1], NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);	//0是標準輸入的文件描述符
			ret = splice(pipefd[0], NULL, sfd, NULL, 32768, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);
			//爲什麼不直接將0->sfd?			因爲使用splice函數時，fd_in和fd_out必須至少有一個管道文件描述符
		}
	}
	close(sfd);
	return 0;
}

5、源碼.h

服務器

#pragma once
#define _GNU_SOURCE 1
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <poll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_USER_NO 10
#define MAX_NAME_LEN 10
#define MY_PORT 10086
#define FD_LIMIT 65535

struct client_data
{
	sockaddr_in address;
	char my_name[MAX_NAME_LEN];
	char *write_buf;
	char buf[BUFFER_SIZE];
};

//設置文件描述符爲非阻塞
int setnonblocking(int fd);

客戶端

#pragma once
#define _GNU_SOURCE 1
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <poll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define BUFFER_SIZE 64
#define MY_PORT 10086

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添加了makefile
進入該目錄，命令行輸入
make chat_room_client 編譯客戶端
make chat_room_server 編譯服務器端
make all 編譯服務器和客戶端
make clean 清除

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1，寫這個東西的初衷

2、實現功能

3、一些細節

4、源碼.c

5、源碼.h

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