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Linux C/C++之IO多路复用(select)

2024-10-14 399
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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;
}

文章标签：
容器服务Kubernetes版
网络协议
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Linux
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关键词：
Linux IO
Linux复用
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通过以上步骤，您已经成功在Ubuntu系统下的VS Code中配置了C/C++项目环境，并能够调用OpenCV库进行开发。请确保每一步都按照您的系统实际情况进行适当调整。
蓝易云
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石小浪♪
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资源调度 Linux 调度
Linux C/C++之线程基础
这篇文章详细介绍了Linux下C/C++线程的基本概念、创建和管理线程的方法，以及线程同步的各种机制，并通过实例代码展示了线程同步技术的应用。
石小浪♪
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Linux C/C++之线程基础
石小浪♪
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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。
石小浪♪
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Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)
IvanCodes
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5月前
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Linux 应用服务中间件 Shell
二、Linux文本处理与文件操作核心命令
熟悉了Linux的基本“行走”后，就该拿起真正的“工具”干活了。用grep这个“放大镜”在文件里搜索内容，用find这个“探测器”在系统中寻找文件，再用tar把东西打包带走。最关键的是要学会使用管道符|，它像一条流水线，能把这些命令串联起来，让简单工具组合出强大的功能，比如 ps -ef | grep 'nginx' 就能快速找出nginx进程。
IvanCodes
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二、Linux文本处理与文件操作核心命令
刘俊辉个人博客
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5月前
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Linux
linux命令—stat
`stat` 是 Linux 系统中用于查看文件或文件系统详细状态信息的命令。相比 `ls -l`，它提供更全面的信息，包括文件大小、权限、所有者、时间戳（最后访问、修改、状态变更时间）、inode 号、设备信息等。其常用选项包括 `-f` 查看文件系统状态、`-t` 以简洁格式输出、`-L` 跟踪符号链接，以及 `-c` 或 `--format` 自定义输出格式。通过这些选项，用户可以灵活获取所需信息，适用于系统调试、权限检查、磁盘管理等场景。
刘俊辉个人博客
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IvanCodes
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5月前
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安全 Ubuntu Unix
一、初识 Linux 与基本命令
玩转Linux命令行，就像探索一座新城市。首先要熟悉它的“地图”，也就是/根目录下/etc（放配置）、/home（住家）这些核心区域。然后掌握几个“生存口令”：用ls看周围，cd去别处，mkdir建新房，cp/mv搬东西，再用cat或tail看文件内容。最后，别忘了随时按Tab键，它能帮你自动补全命令和路径，是提高效率的第一神器。
IvanCodes
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刘俊辉个人博客
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8月前
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JSON 自然语言处理 Linux
linux命令—tree
tree是一款强大的Linux命令行工具，用于以树状结构递归展示目录和文件，直观呈现层级关系。支持多种功能，如过滤、排序、权限显示及格式化输出等。安装方法因系统而异常用场景包括：基础用法（显示当前或指定目录结构）、核心参数应用（如层级控制-L、隐藏文件显示-a、完整路径输出-f）以及进阶操作（如磁盘空间分析--du、结合grep过滤内容、生成JSON格式列表-J等）。此外，还可生成网站目录结构图并导出为HTML文件。注意事项：使用Tab键补全路径避免错误；超大目录建议限制遍历层数；脚本中推荐禁用统计信息以优化性能。更多详情可查阅手册mantree。
刘俊辉个人博客
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linux命令—tree
云流雨洄
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4月前
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存储 安全 Linux
Linux卡在emergency mode怎么办？xfs_repair 命令轻松解决
Linux虚拟机遇紧急模式？别慌！多因磁盘挂载失败。本文教你通过日志定位问题，用`xfs_repair`等工具修复文件系统，三步快速恢复。掌握查日志、修磁盘、验重启，轻松应对紧急模式，保障系统稳定运行。
云流雨洄
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云流雨洄
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5月前
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缓存 监控 Linux
Linux内存问题排查命令详解
Linux服务器卡顿？可能是内存问题。掌握free、vmstat、sar三大命令，快速排查内存使用情况。free查看实时内存，vmstat诊断系统整体性能瓶颈，sar实现长期监控，三者结合，高效定位并解决内存问题。
云流雨洄
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Linux内存问题排查命令详解

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