10.3 网络高级编程
在实际情况中，人们往往遇到多个客户端连接服务器端的情况。由于之前介绍的如connet()、recv()和send()等都是阻塞性函数，如果资源没有准备好，则调用该函数的进程将进入睡眠状态，这样就无法处理I/O多路复用的情况了。本节给出了两种解决I/O多路复用的解决方法，这两个函数都是之前学过的fcntl()和select()（请读者先复习第6章中的相关内容）。可以看到，由于在Linux中把socket也作为一种特殊文件描述符，这给用户的处理带来了很大的方便。
1．fcntl()
函数fcntl()针对socket编程提供了如下的编程特性。
n 非阻塞I/O：可将cmd设置为F_SETFL，将lock设置为O_NONBLOCK。
n 异步I/O：可将cmd设置为F_SETFL，将lock设置为O_ASYNC。
下面是用fcntl()将套接字设置为非阻塞I/O的实例代码：
/* net_fcntl.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#define PORT 1234
#define MAX_QUE_CONN_NM 5
#define BUFFER_SIZE 1024
int main()
{
struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
int sin_size, recvbytes, flags;
int sockfd, client_fd;
char buf[BUFFER_SIZE];
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(server_sockaddr.sin_zero), 8);
int i = 1;/* 允许重复使用本地地址与套接字进行绑定 */
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &i, sizeof(i));
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,
sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
if(listen(sockfd,MAX_QUE_CONN_NM) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
printf("Listening....n");
/* 调用fcntl()函数给套接字设置非阻塞属性 */
flags = fcntl(sockfd, F_GETFL);
if (flags < 0 || fcntl(sockfd, F_SETFL, flags|O_NONBLOCK) < 0)
{
perror("fcntl");
exit(1);
}
while(1)
{
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
if ((client_fd = accept(sockfd,
(struct sockaddr*)&client_sockaddr, &sin_size)) < 0)
{
perror("accept");
exit(1);
}
if ((recvbytes = recv(client_fd, buf, BUFFER_SIZE, 0)) < 0)
{
perror("recv");
exit(1);
}
printf("Received a message: %sn", buf);
} /*while*/
close(client_fd);
exit(1);
}
运行该程序，结果如下所示：
$ ./net_fcntl
Listening....
accept: Resource temporarily unavailable
可以看到，当accept()的资源不可用（没有任何未处理的等待连接的请求）时，程序就会自动返回。
2．select()
使用fcntl()函数虽然可以实现非阻塞I/O或信号驱动I/O，但在实际使用时往往会对资源是否准备完毕进行循环测试，这样就大大增加了不必要的CPU资源的占用。在这里可以使用select()函数来解决这个问题，同时，使用select()函数还可以设置等待的时间，可以说功能更加强大。下面是使用select()函数的服务器端源代码。客户端程序基本上与10.2.3小节中的例子相同，仅加入一行sleep()函数，使得客户端进程等待几秒钟才结束。
/* net_select.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#define PORT 4321
#define MAX_QUE_CONN_NM 5
#define MAX_SOCK_FD FD_SETSIZE
#define BUFFER_SIZE 1024
int main()
{
struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
int sin_size, count;
fd_set inset, tmp_inset;
int sockfd, client_fd, fd;
char buf[BUFFER_SIZE];
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(server_sockaddr.sin_zero), 8);
int i = 1;/* 允许重复使用本地地址与套接字进行绑定 */
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &i, sizeof(i));
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,
sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
if(listen(sockfd, MAX_QUE_CONN_NM) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
printf("listening....n");
/*将调用socket()函数的描述符作为文件描述符*/
FD_ZERO(&inset);
FD_SET(sockfd, &inset);
while(1)
{
tmp_inset = inset;
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
/*调用select()函数*/
if (!(select(MAX_SOCK_FD, &tmp_inset, NULL, NULL, NULL) > 0))
{
perror("select");
}
for (fd = 0; fd < MAX_SOCK_FD; fd++)
{
if (FD_ISSET(fd, &tmp_inset) > 0)
{
if (fd == sockfd)
{ /* 服务端接收客户端的连接请求 */
if ((client_fd = accept(sockfd,
(struct sockaddr *)&client_sockaddr, &sin_size))== -1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
FD_SET(client_fd, &inset);
printf("New connection from %d(socket)n", client_fd);
}
else /* 处理从客户端发来的消息 */
{
if ((count = recv(client_fd, buf, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)
{
printf("Received a message from %d: %sn",
client_fd, buf);
}
else
{
close(fd);
FD_CLR(fd, &inset);
printf("Client %d(socket) has leftn", fd);
}
}
} /* end of if FD_ISSET*/
} /* end of for fd*/
} /* end if while while*/
close(sockfd);
exit(0);
}
运行该程序时，可以先启动服务器端，再反复运行客户端程序（这里启动两个客户端进程）即可，服务器端运行结果如下所示：
$ ./server
listening....
New connection from 4(socket) /* 接受第一个客户端的连接请求*/
Received a message from 4: Hello,First! /* 接收第一个客户端发送的数据*/
New connection from 5(socket) /* 接受第二个客户端的连接请求*/
Received a message from 5: Hello,Second! /* 接收第二个客户端发送的数据*/
Client 4(socket) has left /* 检测到第一个客户端离线了*/
Client 5(socket) has left /* 检测到第二个客户端离线了*/
$ ./client localhost Hello,First! & ./client localhost Hello,Second
