c++ 学习笔记(高级linux编程) day10

最新推荐文章于 2024-06-16 16:49:39 发布

原创最新推荐文章于 2024-06-16 16:49:39 发布 · 468 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

c++ linux 专栏收录该内容

13 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍了TCP编程的基础知识，包括TCP的编程模型、通信特点及服务器编程模式。通过具体案例讲解了如何使用TCP进行文件传输及实现多进程聊天程序。

linux高级编程day10 笔记

一.TCP的编程模型
回顾：
  UDP模型的UML图
  TCP模型的UML图
案例1：
  TCP的服务器（在案例中使用浏览器作为客户程序）
socket建立服务器的文件描述符号缓冲
bind把IP地址与端口设置到文件描述符号中
listen负责根据客户连接的不同IP与端口，负责生成对应的文件描述符号及其信息
accept一旦listen有新的描述符号产生就返回，否则阻塞。

//tcpserver.c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

main()

{

int serverfd;

int cfd;

int a;

struct sockaddr_in sadr;

struct sockaddr_in cadr;

socklen_t len;

int r;

char buf[1024];

//1.socket

serverfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(serverfd==-1) printf("1:%m\n"),exit(-1);

printf("建立服务器socket成功!\n");

//2.bind

sadr.sin_family=AF_INET;

sadr.sin_port=htons(9999);

inet_aton("192.168.180.92",&sadr.sin_addr);

r=bind(serverfd,

(struct sockaddr*)&sadr,sizeof(sadr));

if(r==-1) printf("2:%m\n"),exit(-1);

printf("服务器地址绑定成功!\n");

//3.listen

r=listen(serverfd,10);

if(r==-1) printf("3:%m\n"),exit(-1);

printf("监听服务器成功!\n");

//4.accept

len=sizeof(cadr);

cfd=accept(serverfd,

(struct sockaddr*)&cadr,&len); //每接受一个新的连接，就会返回一个新的文件描述符，来分辨是哪个连接。

printf("有人连接:%d,IP:%s:%u\n",

cfd,inet_ntoa(cadr.sin_addr),

ntohs(cadr.sin_port));

//5.处理代理客户描述符号的数据

while(1)

{

r=recv(cfd,&a,4,MSG_WAITALL);

if(r>0)

{

//buf[r]=0;

printf("::%d\n",a);

}

if(r==0)

{

printf("连接断开!\n");

break;

}

if(r==-1)

{

printf("网络故障!\n");

break;

}

close(cfd);

close(serverfd);

}

案例2:
每个客户的代理描述符号的通信

二.TCP通信特点(相对于UDP)
案例3:
  有连接:主要连接后，发送数据不用指定IP与端口
  数据无边界:TCP数据流，非数据报文.
  描述符号双工：
  数据准确:TCP协议保证数据时完全正确
案例4:
  使用TCP发送数据注意:
    不要以为固定长的数据,一定接收正确,要求使用MSG_WAITALL

案例5:
  TCP数据发送的分析:
    基本数据int short long float double
    结构体数据struct
    建议使用MSG_WAITALL
    字符串数据以及文件数据等不固定长度的数据怎么发送?

  制定数据包:
     头:大小固定(数据大小)
     体:大小变化(数据)
案例6:
   使用TCP传送文件
   定义文件数据包.
     int 数据大小;
     char[]数据

   传递文件名
   传递数据(循环)
   传递0长度的数据表示文件结束
代码如下：

//demo1Client.c

//发送端的代码

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <fcntl.h>

main()

{

//1. 建立socket

//2. 连接到服务器

//3. 打开文件

//4. 发送文件名

//5. 循环发送文件

//6. 读取到文件尾，发送0数据包

int sfd; //socket描述符

int ffd; //文件描述符

int size; //读取和发送文件的长度

int r; //函数返回值

int len; //要发送的文件名的长度

char buf[128]; //数据的缓存

struct sockaddr_in dr; //网络地址

char filename[]="udp_a.c"; //文件名

//1.建立socket

sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(sfd==-1)

printf("1:%m\n"),exit(-1);

printf("socket成功!\n");

//2.连接到服务器

dr.sin_family=AF_INET;

dr.sin_port=htons(9988);

inet_aton("192.168.180.92",&dr.sin_addr);

r=connect(sfd,(struct sockaddr*)&dr,sizeof(dr));

if(r==-1)

printf("2:%m\n"),close(sfd),exit(-1);

printf("connect成功!\n");

//3.打开文件

ffd=open(filename,O_RDONLY);

if(ffd==-1)

printf("3:%m\n"),close(sfd),exit(-1);

printf("open文件成功!\n");

//4.发送文件名

len=strlen(filename);

r=send(sfd,&len,sizeof(len),0);//发送文件名长度（告诉流，文件名占多长）

r=send(sfd,filename,len,0);//发送文件名

if(r==-1)

printf("4:%m\n"),close(ffd),close(sfd),exit(-1);

printf("发送文件名成功!\n");

//5.循环发送数据

while(1)

{

size=read(ffd,buf,128);

if(size==-1) break; //read错误，跳出循环

if(size==0) break; //读到文件尾，跳出循环

if(size>0)

{

//先发送数据的长度，再发送数据

//发送数据长度

r=send(sfd,&size,sizeof(size),0);

if(r==-1) break;

r=send(sfd,buf,size,0);//发送数据

if(r==-1) break;

}

//6.读取到文件尾，发送0数据包

size=0;

r=send(sfd,&size,sizeof(size),0);

close(ffd);

close(sfd);

printf("OK!\n");

}

//demo1server.c

//接收服务器的代码

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <fcntl.h>

main()

{

//1. 建立服务器socket

//2. 绑定IP地址与端口

//3. 监听

//4. 接收连接

//5. 接收文件名

//6. 创建文件

//7. 循环接收文件数据

int sfd, cfd, ffd;

int r;

int len;

char buf[128]; //发送端定义的缓存大小是128，这里最好不要小于128

char filename[100];

struct sockaddr_in dr;

//1. 建立服务器socket

sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

if(sfd == -1)

printf("1:%m\n"), exit(-1);

printf("socket服务器创建成功!\n");

//2. 绑定IP地址与端口

dr.sin_family = AF_INET;

dr.sin_port = htons(9988);

inet_aton("192.168.180.92", &dr.sin_addr);//dr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.180.92");注意区别

r= bind(sfd, (struct sockaddr*)&dr, sizeof(dr));

if(r == -1)

printf("2:%m"), close(sfd), exit(-1);

printf("绑定地址成功！\n");

//3. 监听

r= listen(sfd, 10);

if(r == -1)

printf("3:%m\n"), close(sfd), exit(-1);

printf("监听成功！\n");

//4. 接收连接

cfd = accept(sfd, 0, 0); //这里我们不关心发送端的IP等信息，所以后面两个参数都为0。这里返回一个新的描述符，代表接收的连接

if(cfd == -1)

printf("4:%m\n"), close(sfd), exit(-1);

printf("开始接收文件！\n");

//5. 接收文件名

r= recv(cfd, &len, sizeof(len), MSG_WAITALL); //接收文件名的长度

r= recv(cfd, filename, len, MSG_WAITALL); //根据文件名长度，接收文件名

filename[r] = 0; //在文件名后面加结束符

//6. 创建文件

ffd = open(filename, O_CREAT|O_RDWR, 0666); //如果文件存在，直接覆盖.不要和发送文件放在同一个目录运行，会覆盖发送文件

if(ffd == -1)

printf("6:%m\n"), close(sfd), close(cfd), exit(-1);

printf("创建文件成功！\n");

//7. 循环接收文件数据

while(1)

{

r = recv(cfd, &len, sizeof(len), MSG_WAITALL);

if(len == 0)

break; //长度为0，表示文件传送完毕的信号

r = recv(cfd, buf, len, MGS_WAITALL);

r = write(ffd, buf, len);

}

close(ffd);

close(cfd);

close(sfd);

printf("接收数据完毕！\n");

}

PS：UDP面向无连接，TCP面向连接，所以推荐UDP不用connect，直接sendto，而TCP则先连接，然后send，而不是sendto。

三.TCP服务器编程模式
  TCP的服务器端维护多个客户的网络文件描述符号.
  对服务器多个客户描述符号同时做读操作,是不可能.需要多任务模型完成.
  多任务模型?
  1.多进程
  2.IO的异步模式(select模式/poll模式)
  3.多线程模式
  4.多进程池
  5.线程池

四.综合应用--多进程应用
1.怎样使用多进程
2.多进程的缺陷,以及怎么解决

小例子：用TCP写一个聊天程序
   客户端
     2.1.建立socket
     2.2.连接服务器
     2.3.创建CURSES界面
     2.4.创建子进程
     2.5.在父进程中,输入,发送聊天信息
     2.6.在子进程中,接收服务器传递其他客户聊天信息

//chatclient.c

//聊天程序客户端

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <curses.h>

#include <signal.h>

WINDOW*winfo,*wmsg;

int fd;

int r;

struct sockaddr_in dr;

int isover=1;

int initSocket(); //初始化：创建描述符，绑定IP

void initUI(); //初始化curses界面

void destroy(); //清理:释放UI, 关闭网络

void handle(int s)

{

int status;

wait(&status);

destroy();

exit(-1);

}

main()

{

//printf("网络初始化成功!\n");

initUI();

r=initSocket();

if(r==-1) exit(-1);

signal(SIGCHLD,handle);

if(fork())

{

//父进程，输入，发送

char buf[256];

while(1)

{

mvwgetstr(wmsg,1,1,buf);

//buf[r]=0;

send(fd,buf,strlen(buf),0);

//wclear(wmsg);

//box(wmsg,0,0);

refresh();

wrefresh(wmsg);

wrefresh(winfo);

}

else

{

//子进程，接收，显示

char buf[256];

int line=1;

while(1)

{

r=recv(fd,buf,255,0);

if(r==-1) break;

if(r==0) break;

buf[r]=0;

mvwaddstr(winfo,line,1,buf);

line++;

if(line>=(LINES-3))

{

wclear(winfo);

line=1;

box(winfo,0,0);

}

wmove(wmsg,1,1);

touchwin(wmsg);

refresh();

wrefresh(winfo);

wrefresh(wmsg);

}

exit(-1);

}

destroy();

}

void destroy()

{

close(fd);

endwin();

}

void initUI()

{

initscr();

winfo=derwin(stdscr,(LINES-3),COLS,0,0);

wmsg=derwin(stdscr,3,COLS,LINES-3,0);

keypad(stdscr,TRUE);

keypad(wmsg,TRUE);

keypad(winfo,TRUE);

box(winfo,0,0);

box(wmsg,0,0);

refresh();

wrefresh(winfo);

wrefresh(wmsg);

}

int initSocket()

{

fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(fd==-1) return -1;

dr.sin_family=AF_INET;

dr.sin_port=htons(9989);

dr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.180.92");

r=connect(fd,(struct sockaddr*)&dr,sizeof(dr));

if(r==-1)

{

close(fd);

return -1;

}

return 0; //fd是全局变量，不用返回。初始化成功，返回0

}

//chatserver.c

//聊天程序服务器端

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/mman.h>

int sfd;

int *fds;//存放所有客户代理描述符号

int idx=0;//客户在数组中下标

struct sockaddr_in dr;

int r;

main()

{

//1. 建立服务器socket

//2. 绑定地址

//3. 监听

//4. 循环接收客户连接

//5. 建立一个子进程

//6. 子进程任务：接收客户数据并且广播

//1.建立服务器 socket

fds=mmap(0,4*100,PROT_READ|PROT_WRITE,

MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED,0,0);

bzero(fds,sizeof(fds));

sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(sfd==-1) printf("1:%m\n"),exit(-1);

printf("socket OK!\n");

//2.绑定地址

dr.sin_family=AF_INET;

dr.sin_port=htons(9989);

dr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.180.92");

r=bind(sfd,(struct sockaddr*)&dr,sizeof(dr));

if(r==-1) printf("2:%m\n"),exit(-1);

printf("bind ok!\n");

//3.监听

r=listen(sfd,10);

if(r==-1) printf("3:%m\n"),exit(-1);

printf("listen ok!\n");

//4.循环接收客户连接

while(1)

{

fds[idx]=accept(sfd,0,0);

if(fds[idx]==-1) break;

printf("有客户连接:%d\n",fds[idx]);

//5.建立一个子进程

if(fork())

{

idx++;

continue;

}

else

{

//6.子进程任务：接收客户数据并且广播

char buf[256];

int i;

printf("开始接收客户数据:%d\n",fds[idx]);

while(1)

{

//接收客户数据

r=recv(fds[idx],buf,255,0);

printf("%d\n",r);

if(r==0)

{

printf("有客户退出\n");

close(fds[idx]);

fds[idx]=0;

break;

}

if(r==-1)

{

printf("网络故障\n");

close(fds[idx]);

fds[idx]=0;

break;

}

buf[r]=0;

printf("来自客户的数据:%s\n",buf);

//广播

for(i=0;i<100;i++)

{

if(fds[i]>0)

{

send(fds[i],buf,r,0);

}

exit(0);

}

close(sfd);

}

总结:
   建立socket
   绑定地址
   监听
   循环接收客户连接
   为客户创建子进程
   在子进程接收该客户的数据,并且广播

总结:
  1.TCP的四大特点
  2.TCP的数据接收:固定长与变长数据的接收
  3.TCP的服务器多进程处理
     问题:多进程由于进程资源结构独立.
         新进程的文件描述符号的环境在老进程无法访问?

作业:
  思考:
    有什么编程技巧可以解决进程的文件描述符号的一致?

  作业:
    完成TCP的聊天程序.
      1.数据能运行
      2.处理僵死进程
      3.服务器退出,客户也能正常结束
      4.客户退出,服务器也能够正确结束客户连接.