?嵌入式Linux學習 - 網絡服務器實現與客戶端的通信

1.單循環服務器

2.并發服務器

1. 設置socket屬性

2. 進程

?3. 線程

3.多路IO復用模型 - 提高并發程度

1. 區別

2. IO處理模型

1. 阻塞IO模型

2. 非阻塞IO模型

3. 信號驅動IO

4. IO多路復用

3. 特點

4. 函數接口

1. select

2. poll

3. epoll

半包

1.單循環服務器

?

2.并發服務器

1. 設置socket屬性

原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)
功能：
在bind前設置socket的屬性
參數：
????????sockfd????????要設置的socket
????????level???????????設置socket層次//socket本身 tcp ip
????????optname????選項名字
????????optval????????選項值
????????optlen????????長度
設置一個選項(開啟一個功能)）---讓地址重用，即可停止后立即使用
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(int));

2. 進程：

ps aux | grep ser????????查找包含ser的進程

signal(SIGCHILD, do_child)???????

父進程接收子進程結束信號exit(0)后回收子進程資源，防止僵尸態

void do_child(int signo)
{????????wait(NULL);}

?
3. 線程：

退出個體線程使用pthread_exit(NULL)
pthread_join()會阻塞程序，無法接收多個客戶端信息，所以選擇pthread_detach()回收資源

3.多路IO復用模型 - 提高并發程度

1. 區別

多進程和多線程：一個客戶端對應一個進程或線程
IO多路復用???????：多個客戶端對應一個進程或線程

2. IO處理模型

1. 阻塞IO模型：

特點：簡單，低效

i - 讀：scanf， getchar，read，recv
? ? ? ? ? ? 操作：從終端stdin讀取數據 =>?阻塞等待讀取數據 =>?返回用戶空間

o- 寫：pipe(一直向管道寫入數據，管道內存滿時阻塞)

2. 非阻塞IO模型

特點：輪詢，CPU負擔重

操作：從終端stdin讀取數據 => 不等待讀取數據 => 直接返回用戶空間
? ? ? ? ? ?O_NONBLOCK 打開文件時可以設置為非阻塞模式

3. 信號驅動IO

設置非阻塞：fcntl，并與信號結合

特點：處理多路IO時資源數量有限

原型：int fcntl（int fd， int cmd， ...）
功能：

維護文件描述符

參數

????????fd??????????????????要操作的fd
????????cmd??????????????要做的操作

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F_GETFL? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開啟異步信號

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F_SETFL? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F_SETOWN? ? ? ? ? ? ? 設置與信號的關聯

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????? fcntl(fd， F_SETOWN, gtpid())；
????????...??????????????????可變參數? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?eg：printf(const char *format,...);? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? printf("hello");????????printf("a = %d\n", a);

返回值

成功時返回值取決于所作的操作

與信號的結合：signo

4. IO多路復用

3. 特點

1. 可以處理多路IO

2. 不需要阻塞

3. 不需要輪詢

4. 函數接口

1. select

原型：int select(int nfds,
????????????????????????fd_set *readfds,
????????????????????????fd_set *writefds,
????????????????????????fd_set *exceptfds,
????????????????????????struct timeval *timeout);
功能：

? ? ? ? 實現IO多路復用

參數

????????????????nfds? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文件描述符中最大文件描述符+1

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 遍歷時即可遍歷到自己? for(i = 0; i < nfds; i++)
????????????????readfds? ? ? ? ? ? ? ? ?讀操作的文件描述符的集合
????????????????writefds? ? ? ? ? ? ? ? 寫操作的文件描述符的集合
????????????????exceptfds? ? ? ? ? ? ?異常的文件描述符的集合
????????????????timeout? ? ? ? ? ? ? ? ?設置超時時間? ? ? ? ? ? ? ?struct timeval_t = {3, 0}; //阻塞3秒

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NULL表示select是阻塞功能

????????????????????????????????????????????????????????????????0? ? ? ? ?-? 非阻塞

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? n > 0? -? 每次阻塞的時間

返回值

? ? ? ? 成功返回就緒的文件描述符的數量

? ? ? ? 失敗返回-1

1. 輔助函數

void FD_CLR(int fd, fd set *set);? ? ? ? ? ? ? ? // 將fd從set集合中清除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);???????????????// 判斷fd是否在set中
void FD_SET(int fd， fd_set *set);? ? ? ? ? ? ?// 將fd添加到set集合中
void FD_ZERO(fd_set *set);t*set); ????????????// 將set集合清空

2. 步驟

1. 建立一張表? ? ? ? 監控

? ? ? ? fd_set readfds ;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 建立表

????????FD_ZERO(&readfds)? ? ? ? ? ? ? ? 清空表

2. 將要監控的文件描述符加入表中

????????FD_SET(0，&readfds);? ? ? ? ? ? ?0表示標準輸入

????????FD_SET(fd，&readfds);?

3.準備參數

????????nfds = fd + 1

? ? ? ? select(nfs， &readfds， NULL, NULL, NULL);

4. 監控文件描述符

3. 缺點

1.最大監聽數受限：FD_SETSIZE 默認1024（Linux)
2.每次調用需重置fdSet：內核會修改集合，必須每次重新
3.用戶態與內核態拷貝開銷大
4.返回后仍需遍歷所有fd才能知道哪個就緒
5.效率隨fd數量增長下降明顯

4. 點對點聊天

server.c：

client.c：

超時設置：

5. 多路IO復用

server.c

client.c：

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（退出.quit不管用）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解決：?使用strncpy函數除去輸入的\n

2. poll

原型：int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

????????struct pollfd {
? ? ? ? ? ? ? ?int ? fd; ? ? ? ? /* file descriptor */
? ? ? ? ? ? ? ?short events; ? ? /* requested events */
? ? ? ? ? ? ? ?short revents; ? ?/* returned events */
? ? ? ? ? ?};

功能：

? ? ? ? 對文件描述符監控

參數：

? ? ? ? ? ? ? ?events? ? ? ? ? ? ? ? 事件：POLLIN? ? ? ? 讀

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? POLLOUT? ? ?寫

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? POLLERR? ? ?錯誤
? ? ? ? ? ? ? ?revents? ? ? ? ? ? ? ? 返回就緒的事件

? ? ? ? ? ? ? ? nfds? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 監控的文件描述符的個數

? ? ? ? ? ? ? ? timeout? ? ? ? ? ? ? ? 時間值，-1阻塞? ? ? ? 時間值，單位ms

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0非阻塞

返回值

? ? ? ? 成功返回就緒文件的數量，0 超時情況下沒有就緒事件

? ? ? ? 失敗返回 -1

1. 步驟

1. 建立監控表? ? ? ??

? ? ? ? struct pollfd fds[10];? ? ? ? // 監控10個fd

2. 將要監控的文件描述符加入表中

? ? ? ? 兩路：int nfds = 0；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fds[0].fd = 0；? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? fds[1].fd = sockfd；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fds[0].events = POLLIN | POLLOUT；? ? ? ? ? fds[0].events = POLLIN | POLLOUT；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?nfds++；? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? nfds++；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?// 關心讀和寫，只會返回就緒的事件

3.準備參數

4. 監控文件描述符

2. 改進與缺點

相比select的改進

1．無1024限制：只要系統允許打開足夠多fd
2.無需重置集合：^events和」revents丶分離
3.更清晰的事件機制
4.效率更高：僅遍歷傳入的數組，不遍歷整個fd范圍

仍存在的問題

1.每次調用仍需將整個fds[]拷貝到內核
2.返回后仍需遍歷全部元素查找就緒fd
3.時間復雜度仍是O(n)，連接數多時性能下降

3. 點對點聊天

server.c：

client.c：

4. 多路IO復用

server.c：

3. epoll

1. epoll_create

原型：int epoll_create(int size)
功能：

? ? ? ? 創建一個epoll對象

參數：

? ? ? ? size? ? ? ? 忽略，但是必須大于0

返回值

? ? ? ? 成功返回epoll對象的fd

? ? ? ? 失敗返回-1

2. epoll_ctl

原型：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能：

? ? ? ? 控制epoll對象

參數：

? ? ? ? epfd? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? epoll對象的fd

????????op? ? ? ? ? ? ? ? ? ??EPOLL_CTL_ADD? ? ? ? ?添加

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??EPOLL_CTL_MOD? ? ? ? 修改

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? EPOLL_CTL_DEL? ? ? ? ? 刪除

????????fd? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????????關心的文件描述符

????????event? ? ? ? ? ? ? ?事件?? ? ? ? ? ? ? ?

????????????????????????????????typedef union epoll_data {
? ? ? ? ? ? ? ?????????????????????????void? ? ? ? ? ?*ptr;
? ? ? ? ? ? ? ?????????????????????????int? ? ? ? ? ? ? ?fd;
? ? ? ? ? ? ????????????????????????? ?uint32_t ? ? u32;
? ? ? ? ????????????????????????? ? ? ?uint64_t ? ? u64;
? ? ? ? ??????????????????????? } epoll_data_t;

? ? ? ? ? ?-------------------------------------------------------------------------------------------------------

????????????????????????????????struct epoll_event {
? ? ? ? ? ? ????????????????????????? ?uint32_t ? ? events; ? ? ?// EPOLLIN? ? ? ? ? ? ? ? 讀

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //?EPOLLOUT? ? ? ? ? ? ?寫

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // EPOLLERR? ? ? ? ? ? ?出錯

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // EPOLLET? ? ? ? ? ? ? ? 邊沿觸發
? ? ? ? ? ? ??????????????????????????epoll_data_t data;? ? ? ??
? ? ? ? ? ??????????????????????};

返回值

? ? ? ? 成功返回0，失敗返回-1

中斷

1. 水平（電平）觸發

? ? ? ? 有數據就會一直通知

2. 邊沿觸發

? ? ? ? 每完成從沒數據到有數據的過程，通知一次

3. epoll_wait

原型：int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
功能：

? ? ? ? 監控對應文件描述符，查看是否就緒

參數：

????????epfd? ? ? ? ? ? ? ? ? ? epoll對象

????????events? ? ? ? ? ? ? ? 保存就緒結果的數組的首地址
????????maxevents? ? ? ? ? 數組大小

????????timeout? ? ? ? ? ? ? ? 設置超時時間，單位ms

返回值：

? ? ? ? 成功返回就緒數量，失敗返回-1

4. 步驟

1. 創建一個epoll對象 -- 監控的表

? ? ? ? int epfd = epoll_create(2);

2. 添加文件描述符

? ? ? ? int add_fd(int fd， int epfd)

? ? ? ? {

? ? ? ? ????????struct epoll_event ev；

? ? ? ? ????????ev.events = EPOLLIN;

? ? ? ? ????????ev.data.fd = fd；

? ? ? ? ? ? ? ? if( epoll_ctl(epfd，EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) < 0)

? ? ? ? ? ? ? ? {? ? ? ? perror("fail to add")；? ? ? ? return -1;}

? ? ? ? ? ? ? ? return 0;

????????}

????????add_fd(0,?epfd);

????????add_fd(fd,?epfd);

刪除文件描述符

????????int del_fd(int fd, int epfd)?
????????{
?? ?????????if ( epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL))
?? ?????????{????????perror("fail to delte");????????return -1;?}?? ?
?????????? ?return 0;
????????}

?3. 監控文件描述符