Linux C/C++之IO多路复用(select)

简介: 这篇文章主要介绍了TCP的三次握手和四次挥手过程,TCP与UDP的区别,以及如何使用select函数实现IO多路复用,包括服务器监听多个客户端连接和简单聊天室场景的应用示例。

1. TCP的连接与断开

1.1 创建连接过程(三次握手)

  1. 客户端向服务器发送连接请求SYN
  2. 服务器接收到连接请求SYN后, 向客户端发送收到指令ACK和连接请求SYN
  3. 客户端收到服务器发送的ACK和SYN后向服务器发送收到指令ACK

1.2 断开连接过程(四次挥手)

  1. 客户端向服务器发送断开请求FIN
  2. 服务器接收到客户端发送的断开请求FIN后向客户端发送收到指令ACK
  3. 服务器检查是否还有没有收发完的数据, 如果数据已经收发完毕, 服务器向客户端发送断开请求FIN
  4. 客户端接收到服务器发来的断开请求后, 检查是否还有没有接收完的数据,如果没有就向服务器发送收到指令ACK

2. TCP与UDP的区别

  1. TCP有连接, UDP没有连接
  2. TCP是数据流, UDP是数据报文
  3. TCP收发数据相对慢, UDP收发数据相对快(局域网内传输数据用UDP相对较好,它可以极大限度地利用带宽)
  4. TCP安全,稳定,可靠;UDP不安全,不稳定,不可靠(安全: 数据相对不容易被窃取 稳定: 几乎没有传输速率的变化 可靠: 一定能收到数据)
  5. TCP有序(先发送的数据先到, 后发送的数据后到), 数据有边界;UDP无序(可能后发送的数据会先到),数据无边界

3. IO多路复用之select

3.1 select函数

//select函数原型
//监视放在里面的描述符号,有反应返回1, 没有反应返回-1
int select(int nfds,                  //描述符号数量,最大描述符号数加一
           fd_set *readfds,           //描述符号集合(读取)   
           fd_set *writefds,          //描述符号集合(写入)
           fd_set *exceptfds,         //描述符号集合(异常)
           struct timeval *timeout);  //延时


void FD_CLR(int fd,fd_set *set);   //将fd从set中删除
int  FD_ISSET(int fd,fd_set *set); //判断fd是否在set中(是返回非0,否返回0)
void FD_SET(int fd,fd_set *set);   //将fd添加到set中
void FD_ZERO(fd_set *set);         //将set置为0(清空)

3.2 select函数实现监视标准输入 0

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <fcntl.h>

int main(){

    fd_set fds; //描述符号集合

    FD_ZERO(&fds);  //置零
    FD_SET(0,&fds); //将标准输入设备 0 添加到描述符号集合

    int r;
    char buff[1024] = {0};
    while(1){
        //使用一次阻塞替代多次阻塞
        r = select(1,&fds,NULL,NULL,NULL);
        if(r > 0){
            printf("%d有动静!\n",r);
            scanf("%s",buff);
            printf("接收到了:%s\n",buff);
        }
    }

    return 0;
}

3.3 select函数实现服务器连接多个客户端

服务器(server)端

//服务器端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/select.h>
#include <fcntl.h>

//最多允许的客户端数量
#define NUM 100

int serverSocket,clientSocket[NUM];
int currentNum = 0;      //当前客户端数量

void hand(int val){
    //7. 关闭连接
    for(int i = 0;i < NUM; i++){
        if(-1 != clientSocket[i])
            close(clientSocket[i]);
    }
    close(serverSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    serverSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == serverSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in sAddr = { 0 };
    sAddr.sin_family = AF_INET;        //协议类型 和socket函数第一个参数一致
    sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3. 绑定服务器协议地址簇
    int r = bind(serverSocket,(struct sockaddr*)&sAddr,sizeof sAddr);
    if(-1 == r) printf("绑定失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-2);
    printf("绑定成功!\n");

    //4. 监听  
    r = listen(serverSocket,10);   //数量
    if(-1 == r) printf("监听失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-3);
    printf("监听成功!\n");


    //初始化客户端描述符号数组
    for (int i = 0; i < NUM; ++i){
        clientSocket[i] = -1;
    }

    //开始监视
    //不仅需要监视serverSocket还要监视每一个返回回来的clientSocket
    fd_set fds;

    int maxFd;       //最大描述符号
    struct sockaddr_in cAddr = {0};
    int len = sizeof(cAddr);
    int cfd;

    char buff[1024] = {0};

    maxFd = 0;
    maxFd = ((maxFd > serverSocket) ? maxFd : serverSocket);

    while(1){

        FD_ZERO(&fds);   //清空

        FD_SET(serverSocket,&fds);    //将服务器socketFd放到监视集合之中

        //将客户端socketFd放到监视集合之中
        for (int i = 0; i < NUM; ++i){
            if(-1 != clientSocket[i]){
                FD_SET(clientSocket[i],&fds);
            }
        }

        //开始监视
        r = select(maxFd+1,&fds,NULL,NULL,NULL);
        if(-1 == r)
            printf("服务器崩溃:%m\n"),close(serverSocket),exit(-1);
        else if(0 == r){
            printf("服务器处于等待状态!\n");
            continue;
        }else{
            //检查是不是serverSocket的动静
            if(FD_ISSET(serverSocket,&fds)){
                cfd = accept(serverSocket,NULL,NULL);
                if(-1 == cfd){
                    printf("客户端连接失败!\n");
                }else{
                    printf("有客户端连接上服务器了:%d\n",cfd);

                    //保存客户端描述符号
                    for (int i = 0; i < NUM; ++i){
                        if(-1 == clientSocket[i]){
                            clientSocket[i] = cfd;
                            maxFd = ((maxFd > cfd) ? maxFd : cfd);
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
        }

        //检查客户端是否有动静
        for (int i = 0; i < NUM; ++i){
            if(-1 != clientSocket[i] && FD_ISSET(clientSocket[i],&fds)){
                r = recv(clientSocket[i],buff,1023,0);
                if(r > 0){
                    buff[r] = 0;
                    printf("%d >> %s\n",clientSocket[i], buff);
                }else{
                    printf("客户端: %d 已经断开连接了\n",clientSocket[i]);
                    clientSocket[i] = -1;
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

客户(Client)端

//客户端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

int clientSocket;
void hand(int val){
    //5. 关闭连接
    close(clientSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    clientSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == clientSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in cAddr = { 0 };
    cAddr.sin_family = AF_INET;
    cAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    cAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3.连接服务器
    int r = connect(clientSocket,(struct sockaddr*)&cAddr,sizeof cAddr);
    if(-1 == r) printf("连接服务器失败:%m\n"),close(clientSocket),exit(-2);
    printf("连接服务器成功!\n");


    //4. 通信
    char buff[256] = {0};
    while(1){
        printf("你想要发送:");
        scanf("%s",buff);
        send(clientSocket,buff,strlen(buff),0);
    }

    return 0;
}

3.4 select函数实现简单聊天室

服务器(Server)端

//服务器端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/select.h>
#include <fcntl.h>

//最多允许的客户端数量
#define NUM 100

int serverSocket,clientSocket[NUM];
int currentNum = 0;      //当前客户端数量

void hand(int val){
    //7. 关闭连接
    for(int i = 0;i < NUM; i++){
        if(-1 != clientSocket[i])
            close(clientSocket[i]);
    }
    close(serverSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}

int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    serverSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == serverSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in sAddr = { 0 };
    sAddr.sin_family = AF_INET;        //协议类型 和socket函数第一个参数一致
    sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3. 绑定服务器协议地址簇
    int r = bind(serverSocket,(struct sockaddr*)&sAddr,sizeof sAddr);
    if(-1 == r) printf("绑定失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-2);
    printf("绑定成功!\n");

    //4. 监听  
    r = listen(serverSocket,10);   //数量
    if(-1 == r) printf("监听失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-3);
    printf("监听成功!\n");


    //初始化客户端描述符号数组
    for (int i = 0; i < NUM; ++i){
        clientSocket[i] = -1;
    }
    //开始监视
    //不仅需要监视serverSocket还要监视每一个返回回来的clientSocket
    fd_set fds;

    int maxFd;       //最大描述符号
    struct sockaddr_in cAddr = {0};
    int len = sizeof(cAddr);
    int cfd;

    char buff[1024] = {0};

    maxFd = 0;
    maxFd = ((maxFd > serverSocket) ? maxFd : serverSocket);

    while(1){
        FD_ZERO(&fds);   //清空监视集合

        FD_SET(serverSocket,&fds);    //将服务器socketFd放到监视集合之中

        //将客户端socketFd放到监视集合之中
        for (int i = 0; i < NUM; ++i){
            if(-1 != clientSocket[i]){
                FD_SET(clientSocket[i],&fds);
            }
        }

        //开始监视
        r = select(maxFd+1,&fds,NULL,NULL,NULL);
        if(-1 == r)
            printf("服务器崩溃:%m\n"),close(serverSocket),exit(-1);
        else if(0 == r){
            printf("服务器处于等待状态!\n");
            continue;
        }else{
            //检查是不是serverSocket的动静
            if(FD_ISSET(serverSocket,&fds)){
                cfd = accept(serverSocket,NULL,NULL);
                if(-1 == cfd){
                    printf("客户端连接失败!\n");
                }else{
                    printf("有客户端连接上服务器了:%d\n",cfd);

                    //保存客户端描述符号
                    for (int i = 0; i < NUM; ++i){
                        if(-1 == clientSocket[i]){
                            clientSocket[i] = cfd;
                            maxFd = ((maxFd > cfd) ? maxFd : cfd);
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        //检查客户端是否有动静
        for (int i = 0; i < NUM; ++i){
            if(-1 != clientSocket[i] && FD_ISSET(clientSocket[i],&fds)){
                r = recv(clientSocket[i],buff,1023,0);
                if(r > 0){
                    buff[r] = 0;
                    printf("%d >> %s\n",clientSocket[i], buff);

                    //服务器将数据转发给每一个在线的客户端(除了发消息给服务器的客户端)
                    char tBuff[2048];
                    sprintf(tBuff,"来自%d客户端发给服务器的消息:%s",clientSocket[i],buff);
                    for(int j = 0; j < NUM; j++){
                        if(-1 != clientSocket[j] && clientSocket[i] != clientSocket[j]){
                            send(clientSocket[j],tBuff,strlen(tBuff),0);
                        }
                    }
                }else{
                    printf("客户端: %d 已经断开连接了\n",clientSocket[i]);
                    clientSocket[i] = -1;
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

客户(Client)端

//客户端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

int clientSocket;
void hand(int val){
    //5. 关闭连接
    close(clientSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    clientSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == clientSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in cAddr = { 0 };
    cAddr.sin_family = AF_INET;
    cAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    cAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3.连接服务器
    int r = connect(clientSocket,(struct sockaddr*)&cAddr,sizeof cAddr);
    if(-1 == r) printf("连接服务器失败:%m\n"),close(clientSocket),exit(-2);
    printf("连接服务器成功!\n");


    //开始监视
    //不仅要监视标准输入设备, 还要监视clientSocket服务器是否发送数据
    fd_set fds;

    int maxFd = clientSocket > 0 ? clientSocket : 0;
    char buff[2048] = {0};
    while(1){
        //清空集合
        FD_ZERO(&fds);
        //将标准输入输出放入到集合中
        FD_SET(0,&fds);
        //将clientSocket放入到监视集合中
        FD_SET(clientSocket,&fds);

        //开始监视
        r = select(maxFd + 1, &fds, NULL,NULL,NULL);
        if(-1 == r)
            printf("客户端崩溃:%m\n"),close(clientSocket),exit(-1);
        else if(0 == r){
            printf("客户端处于等待状态!\n");
            continue;
        }else{
            memset(buff,0,2048);
            //如果 0 有动静就向服务器发消息
            if(FD_ISSET(0,&fds)){
                scanf("%s",buff);
                send(clientSocket,buff,strlen(buff),0);
                continue;
            }
            //如果 clientSocket有动静就接收服务器发来的消息
            if(FD_ISSET(clientSocket,&fds) && -1 != clientSocket){
                memset(buff,0,2048);
                printf("服务器发来了客户端的消息!\n");
                r = recv(clientSocket,buff,2047,0);
                if(r > 0){
                    buff[r] = 0;
                    printf("服务器发来消息 >> %s\n",buff);
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

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Linux C++
Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)
这篇文章详细介绍了Linux下C/C++编程中IO多路复用的两种机制:poll和epoll,包括它们的比较、编程模型、函数原型以及如何使用这些机制实现服务器端和客户端之间的多个连接。
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Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)
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1月前
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Linux 网络安全 数据安全/隐私保护
Linux 超级强大的十六进制 dump 工具:XXD 命令,我教你应该如何使用!
在 Linux 系统中,xxd 命令是一个强大的十六进制 dump 工具,可以将文件或数据以十六进制和 ASCII 字符形式显示,帮助用户深入了解和分析数据。本文详细介绍了 xxd 命令的基本用法、高级功能及实际应用案例,包括查看文件内容、指定输出格式、写入文件、数据比较、数据提取、数据转换和数据加密解密等。通过掌握这些技巧,用户可以更高效地处理各种数据问题。
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1月前
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监控 Linux
如何检查 Linux 内存使用量是否耗尽?这 5 个命令堪称绝了!
本文介绍了在Linux系统中检查内存使用情况的5个常用命令:`free`、`top`、`vmstat`、`pidstat` 和 `/proc/meminfo` 文件,帮助用户准确监控内存状态,确保系统稳定运行。
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1月前
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Linux
在 Linux 系统中,“cd”命令用于切换当前工作目录
在 Linux 系统中,“cd”命令用于切换当前工作目录。本文详细介绍了“cd”命令的基本用法和常见技巧,包括使用“.”、“..”、“~”、绝对路径和相对路径,以及快速切换到上一次工作目录等。此外,还探讨了高级技巧,如使用通配符、结合其他命令、在脚本中使用,以及实际应用案例,帮助读者提高工作效率。
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1月前
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监控 安全 Linux
在 Linux 系统中,网络管理是重要任务。本文介绍了常用的网络命令及其适用场景
在 Linux 系统中,网络管理是重要任务。本文介绍了常用的网络命令及其适用场景,包括 ping(测试连通性)、traceroute(跟踪路由路径)、netstat(显示网络连接信息)、nmap(网络扫描)、ifconfig 和 ip(网络接口配置)。掌握这些命令有助于高效诊断和解决网络问题,保障网络稳定运行。
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17天前
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Linux Shell
Linux 10 个“who”命令示例
Linux 10 个“who”命令示例
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Linux 10 个“who”命令示例