《Linux 網絡架構：基于 TCP 協議的多人聊天系統搭建詳解》

一、系統概述

????????本系統是一個基于 TCP 協議的多人聊天系統，由一個服務器和多個客戶端組成。客戶端可以連接到服務器，向服務器發送消息，服務器接收到消息后將其轉發給其他客戶端，實現多人之間的實時聊天。系統使用 C 語言編寫，利用了 Unix 系統的網絡編程接口和多線程、I/O 多路復用等技術。

二、文件結構

  • server.c：服務器端程序，負責監聽客戶端連接、接收客戶端消息并將消息轉發給其他客戶端。
  • client1.c：客戶端程序，使用?poll?函數實現 I/O 多路復用，同時處理用戶輸入和服務器消息。
  • client2.c：客戶端程序，使用多線程技術，一個線程負責接收服務器消息，另一個線程負責處理用戶輸入。

三、代碼詳細分析

1. 數據包結構體

????????在三個文件中都定義了相同的數據包結構體?Packet，用于在客戶端和服務器之間傳輸數據。

typedef struct {int type;  // 0 for message, 1 for disconnectchar data[BUFFER_SIZE];
} Packet;
  • type：數據包類型，0 表示消息，1 表示斷開連接。
  • data：數據包攜帶的數據，最大長度為?BUFFER_SIZE。

2. 服務器端程序（server.c）

2.1 主要變量

  • server_fd：服務器套接字文件描述符。
  • client_fd：客戶端套接字文件描述符。
  • max_fd：記錄最大的文件描述符，用于?select?函數。
  • activity：記錄?select?函數返回的活動文件描述符數量。
  • valread：記錄從客戶端讀取的數據長度。
  • server_addr：存儲服務器的地址信息。
  • client_addr：存儲客戶端的地址信息。
  • client_sockets：數組用于存儲所有客戶端的套接字文件描述符。
  • readfds：文件描述符集合，用于?select?函數監聽可讀事件。

2.2 主要步驟

  1. 創建套接字：使用?socket?函數創建一個 TCP 套接字。
  2. 綁定地址：使用?bind?函數將套接字綁定到指定的地址和端口。
  3. 監聽連接：使用?listen?函數開始監聽客戶端連接。
  4. 循環處理：使用?select?函數監聽服務器套接字和客戶端套接字的可讀事件。
    • 若服務器套接字有可讀事件，說明有新的客戶端連接請求，使用?accept?函數接受連接。
    • 若客戶端套接字有可讀事件，從客戶端讀取數據包，根據數據包類型進行相應處理。
      • 若數據包類型為消息，將消息轉發給其他客戶端。
      • 若數據包類型為斷開連接或讀取到的數據長度為 0，說明客戶端斷開連接，關閉客戶端套接字。

3. 客戶端程序（client1.c）

3.1 主要變量

  • client_fd：客戶端套接字文件描述符。
  • server_addr：存儲服務器的地址信息。
  • packet：用于存儲要發送或接收的數據包。
  • fds：數組用于存儲要監聽的文件描述符及其事件。

3.2 主要步驟

  1. 創建套接字：使用?socket?函數創建一個 TCP 套接字。
  2. 連接服務器：使用?connect?函數連接到服務器。
  3. 初始化?poll?結構體：監聽標準輸入和客戶端套接字的可讀事件。
  4. 循環處理：使用?poll?函數監聽文件描述符集合中的可讀事件。
    • 若標準輸入有可讀事件，從標準輸入讀取數據，設置數據包類型為消息，發送給服務器。
    • 若客戶端套接字有可讀事件，從服務器讀取數據包，根據數據包類型進行相應處理。
      • 若數據包類型為消息，輸出接收到的消息。
      • 若數據包類型為斷開連接或讀取數據失敗，說明服務器斷開連接，關閉客戶端套接字，跳出循環。

4. 客戶端程序（client2.c）

4.1 主要變量

  • client_fd：客戶端套接字文件描述符。
  • server_addr：存儲服務器的地址信息。
  • packet：用于存儲要發送或接收的數據包。
  • thread_id：存儲線程的標識符。

4.2 主要步驟

  1. 創建套接字：使用?socket?函數創建一個 TCP 套接字。
  2. 連接服務器：使用?connect?函數連接到服務器。
  3. 創建線程：創建一個線程來接收服務器發送的消息。
  4. 循環處理：在主線程中，從標準輸入讀取數據，設置數據包類型為消息，發送給服務器。
  5. 線程函數：在子線程中，持續接收服務器消息，根據數據包類型進行相應處理。
    • 若數據包類型為消息，輸出接收到的消息。
    • 若數據包類型為斷開連接或讀取數據失敗，說明服務器斷開連接，關閉客戶端套接字，退出程序。

四、編譯和運行

4.1 編譯

gcc server.c -o server
gcc client1.c -o client1
gcc client2.c -o client2 -lpthread

4.2 運行

  1. 啟動服務器：
./server
  1. 啟動客戶端：
./client1
./client2

4.3運行結果展示

五、源碼

5.1服務器端程序（server.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>// 定義服務器監聽的端口號
#define PORT 8080
// 定義數據緩沖區的大小
#define BUFFER_SIZE 1024
// 定義服務器允許的最大客戶端連接數
#define MAX_CLIENTS 10/*** 定義數據包結構體，用于在服務器和客戶端之間傳輸數據* type 數據包類型，0 表示消息，1 表示斷開連接* data 數據包攜帶的數據*/
typedef struct {int type;  // 0 for message, 1 for disconnectchar data[BUFFER_SIZE];
} Packet;/*** 主函數，服務器程序的入口點* @return 程序的退出狀態碼，0 表示正常退出*/
int main() {// server_fd 為服務器套接字文件描述符，client_fd 為客戶端套接字文件描述符// max_fd 記錄最大的文件描述符，用于 select 函數// activity 記錄 select 函數返回的活動文件描述符數量// valread 記錄從客戶端讀取的數據長度int server_fd, client_fd, max_fd, activity, valread;// server_addr 存儲服務器的地址信息，client_addr 存儲客戶端的地址信息struct sockaddr_in server_addr, client_addr;// client_len 存儲客戶端地址結構體的長度socklen_t client_len = sizeof(client_addr);// packet 用于存儲從客戶端接收的數據包Packet packet;// client_sockets 數組用于存儲所有客戶端的套接字文件描述符int client_sockets[MAX_CLIENTS] = {0};// readfds 是一個文件描述符集合，用于 select 函數監聽可讀事件fd_set readfds;// 創建服務器套接字，使用 IPv4 地址族和 TCP 協議if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {// 若套接字創建失敗，輸出錯誤信息并退出程序perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 設置服務器地址信息server_addr.sin_family = AF_INET;// 監聽所有可用的網絡接口server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 將端口號從主機字節序轉換為網絡字節序server_addr.sin_port = htons(PORT);// 將服務器套接字綁定到指定的地址和端口if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {// 若綁定失敗，輸出錯誤信息，關閉套接字并退出程序perror("bind failed");close(server_fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 開始監聽客戶端連接，允許的最大連接請求隊列長度為 3if (listen(server_fd, 3) < 0) {// 若監聽失敗，輸出錯誤信息，關閉套接字并退出程序perror("listen");close(server_fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 輸出服務器啟動信息，顯示監聽的端口號printf("Server started on port %d\n", PORT);// 進入無限循環，持續處理客戶端連接和數據while (1) {// 清空文件描述符集合FD_ZERO(&readfds);// 將服務器套接字添加到文件描述符集合中，監聽其可讀事件FD_SET(server_fd, &readfds);// 初始化最大文件描述符為服務器套接字文件描述符max_fd = server_fd;// 遍歷客戶端套接字數組for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {// 獲取當前客戶端的套接字文件描述符int sd = client_sockets[i];if (sd > 0) {// 若該客戶端套接字有效，將其添加到文件描述符集合中FD_SET(sd, &readfds);}if (sd > max_fd) {// 更新最大文件描述符max_fd = sd;}}// 調用 select 函數監聽文件描述符集合中的可讀事件，無超時時間activity = select(max_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);if ((activity < 0) && (errno != EINTR)) {// 若 select 函數調用失敗且不是被信號中斷，輸出錯誤信息perror("select error");}if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {// 若服務器套接字有可讀事件，說明有新的客戶端連接請求if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len)) < 0) {// 若接受連接失敗，輸出錯誤信息并繼續循環perror("accept");continue;}// 輸出新客戶端連接的信息，包括套接字文件描述符、IP 地址和端口號printf("New connection, socket fd is %d, ip is : %s, port : %d\n",client_fd, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));// 遍歷客戶端套接字數組，找到一個空閑位置存儲新客戶端的套接字文件描述符for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {if (client_sockets[i] == 0) {client_sockets[i] = client_fd;break;}}}// 遍歷客戶端套接字數組，檢查每個客戶端是否有可讀事件for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {int sd = client_sockets[i];if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {// 從客戶端讀取數據包valread = read(sd, &packet, sizeof(Packet));if (valread == 0) {// 若讀取到的數據長度為 0，說明客戶端斷開連接getpeername(sd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);// 輸出客戶端斷開連接的信息，包括 IP 地址和端口號printf("Host disconnected, ip %s, port %d\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));// 關閉客戶端套接字close(sd);// 將該位置的客戶端套接字文件描述符置為 0，表示空閑client_sockets[i] = 0;} else {if (packet.type == 0) {// 若數據包類型為消息，輸出接收到的消息printf("Received from client %d: %s", sd, packet.data);// 將消息轉發給其他客戶端for (int j = 0; j < MAX_CLIENTS; j++) {if (client_sockets[j] != sd && client_sockets[j] != 0) {// 發送數據包給其他客戶端send(client_sockets[j], &packet, sizeof(Packet), 0);}}} else if (packet.type == 1) {// 若數據包類型為斷開連接，輸出客戶端斷開連接的信息printf("Client %d disconnected\n", sd);// 關閉客戶端套接字close(sd);// 將該位置的客戶端套接字文件描述符置為 0，表示空閑client_sockets[i] = 0;}}}}}return 0;
}

5.2客戶端程序（client1.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <poll.h>
#include <errno.h>// 定義服務器監聽的端口號
#define PORT 8080
// 定義數據緩沖區的大小
#define BUFFER_SIZE 1024/*** 定義數據包結構體，用于在客戶端和服務器之間傳輸數據* type 數據包類型，0 表示消息，1 表示斷開連接* data 數據包攜帶的數據*/
typedef struct {int type;  // 0 for message, 1 for disconnectchar data[BUFFER_SIZE];
} Packet;/*** 主函數，客戶端程序的入口點* @return 程序的退出狀態碼，0 表示正常退出*/
int main() {// client_fd 為客戶端套接字文件描述符int client_fd;// server_addr 存儲服務器的地址信息struct sockaddr_in server_addr;// packet 用于存儲要發送或接收的數據包Packet packet;// fds 數組用于存儲要監聽的文件描述符及其事件struct pollfd fds[2];// 創建客戶端套接字，使用 IPv4 地址族和 TCP 協議if ((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {// 若套接字創建失敗，輸出錯誤信息并退出程序perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 設置服務器地址信息server_addr.sin_family = AF_INET;// 將端口號從主機字節序轉換為網絡字節序server_addr.sin_port = htons(PORT);// 將服務器的 IP 地址轉換為網絡字節序server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 連接到服務器if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {// 若連接失敗，輸出錯誤信息，關閉套接字并退出程序perror("connect");close(client_fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 輸出連接成功的信息printf("Connected to server\n");// 初始化 poll 結構體// 監聽標準輸入的可讀事件fds[0].fd = STDIN_FILENO;fds[0].events = POLLIN;// 監聽客戶端套接字的可讀事件fds[1].fd = client_fd;fds[1].events = POLLIN;// 進入無限循環，持續處理輸入和服務器消息while (1) {// 調用 poll 函數監聽文件描述符集合中的可讀事件，無超時時間int activity = poll(fds, 2, -1);if ((activity < 0) && (errno != EINTR)) {// 若 poll 函數調用失敗且不是被信號中斷，輸出錯誤信息perror("poll error");}if (fds[0].revents & POLLIN) {// 若標準輸入有可讀事件// 清空數據包的數據部分memset(packet.data, 0, BUFFER_SIZE);if (fgets(packet.data, BUFFER_SIZE, stdin) != NULL) {// 若成功從標準輸入讀取數據// 設置數據包類型為消息packet.type = 0;// 發送數據包給服務器send(client_fd, &packet, sizeof(Packet), 0);}}if (fds[1].revents & POLLIN) {// 若客戶端套接字有可讀事件// 清空數據包memset(&packet, 0, sizeof(Packet));if (read(client_fd, &packet, sizeof(Packet)) > 0) {// 若成功從服務器讀取數據if (packet.type == 0) {// 若數據包類型為消息，輸出接收到的消息printf("Received from server: %s", packet.data);} else if (packet.type == 1) {// 若數據包類型為斷開連接，輸出服務器斷開連接的信息printf("Server disconnected\n");// 關閉客戶端套接字close(client_fd);// 跳出循環break;}} else {// 若讀取數據失敗，說明服務器斷開連接printf("Server disconnected\n");// 關閉客戶端套接字close(client_fd);// 跳出循環break;}}}// 關閉客戶端套接字close(client_fd);return 0;
}

5.3客戶端程序（client2.c）

// 包含標準輸入輸出庫，用于使用 printf、perror 等函數進行輸入輸出操作
#include <stdio.h>
// 包含標準庫，提供 exit 等函數用于程序退出等操作
#include <stdlib.h>
// 包含字符串處理庫，提供 memset、strlen 等字符串操作函數
#include <string.h>
// 包含 Unix 標準庫，提供 close、read、write 等系統調用函數
#include <unistd.h>
// 包含網絡地址轉換庫，提供 inet_ntoa、htons 等網絡地址轉換函數
#include <arpa/inet.h>
// 包含線程相關的頭文件，用于創建和管理線程
#include <pthread.h>// 定義服務器監聽的端口號
#define PORT 8080
// 定義數據緩沖區的大小
#define BUFFER_SIZE 1024/*** 定義數據包結構體，用于在客戶端和服務器之間傳輸數據* type 數據包類型，0 表示消息，1 表示斷開連接* data 數據包攜帶的數據*/
typedef struct {int type;  // 0 for message, 1 for disconnectchar data[BUFFER_SIZE];
} Packet;// 全局變量，存儲客戶端套接字文件描述符
int client_fd;/*** 線程函數，用于接收服務器發送的消息* arg 線程函數的參數，此處未使用* @return 線程返回值，此處為 NULL*/
void *receive_messages(void *arg) {// 定義數據包變量，用于存儲從服務器接收的數據包Packet packet;// 進入無限循環，持續接收服務器消息while (1) {// 清空數據包memset(&packet, 0, sizeof(Packet));if (read(client_fd, &packet, sizeof(Packet)) > 0) {// 若成功從服務器讀取數據if (packet.type == 0) {// 若數據包類型為消息，輸出接收到的消息printf("Received from server: %s", packet.data);} else if (packet.type == 1) {// 若數據包類型為斷開連接，輸出服務器斷開連接的信息printf("Server disconnected\n");// 關閉客戶端套接字close(client_fd);// 退出程序，返回失敗狀態exit(EXIT_FAILURE);}} else {// 若讀取數據失敗，說明服務器斷開連接printf("Server disconnected\n");// 關閉客戶端套接字close(client_fd);// 退出程序，返回失敗狀態exit(EXIT_FAILURE);}}return NULL;
}/*** 主函數，客戶端程序的入口點* @return 程序的退出狀態碼，0 表示正常退出*/
int main() {// server_addr 存儲服務器的地址信息struct sockaddr_in server_addr;// packet 用于存儲要發送的數據包Packet packet;// thread_id 存儲線程的標識符pthread_t thread_id;// 創建客戶端套接字，使用 IPv4 地址族和 TCP 協議if ((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {// 若套接字創建失敗，輸出錯誤信息并退出程序perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 設置服務器地址信息server_addr.sin_family = AF_INET;// 將端口號從主機字節序轉換為網絡字節序server_addr.sin_port = htons(PORT);// 將服務器的 IP 地址轉換為網絡字節序server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 連接到服務器if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {// 若連接失敗，輸出錯誤信息，關閉套接字并退出程序perror("connect");close(client_fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 輸出連接成功的信息printf("Connected to server\n");// 創建線程來接收消息if (pthread_create(&thread_id, NULL, receive_messages, NULL) != 0) {// 若線程創建失敗，輸出錯誤信息，關閉套接字并退出程序perror("pthread_create");close(client_fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 進入無限循環，持續從標準輸入讀取數據并發送給服務器while (1) {// 清空數據包的數據部分memset(packet.data, 0, BUFFER_SIZE);if (fgets(packet.data, BUFFER_SIZE, stdin) != NULL) {// 若成功從標準輸入讀取數據// 設置數據包類型為消息packet.type = 0;// 發送數據包給服務器send(client_fd, &packet, sizeof(Packet), 0);}}// 關閉客戶端套接字close(client_fd);return 0;
}

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在Windows和Linux系統上的Docker環境中使用的鏡像是否相同&#xff0c;取決于具體的運行模式和目標平臺&#xff1a; 1. Linux容器模式&#xff08;默認/常見場景&#xff09; Windows系統&#xff1a; 當Windows上的Docker以Linux容器模式運行時&#xff08;默認方式&#xf…
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植物來源藥用天然產物的合成生物學研究進展-文獻精讀121

植物來源藥用天然產物的合成生物學研究進展-文獻精讀121

植物來源藥用天然產物的合成生物學研究進展 摘要 大多數藥用天然產物在植物中含量低微&#xff0c;提取分離困難&#xff1b;而且這些化合物一般結構復雜&#xff0c;化學合成難度大&#xff0c;還容易造成環境污染。基于合成生物學技術獲得藥用天然產物具有綠色環保和可持續發…
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JavaScript |（五）DOM簡介 | 尚硅谷JavaScript基礎實戰

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學習來源&#xff1a;尚硅谷JavaScript基礎&實戰丨JS入門到精通全套完整版 筆記來源&#xff1a;在這位大佬的基礎上添加了一些東西&#xff0c;歡迎大家支持原創&#xff0c;大佬太棒了&#xff1a;JavaScript |&#xff08;五&#xff09;DOM簡介 | 尚硅谷JavaScript基礎…
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