Linux下Select多路复用实现简易聊天室示例 Linux下Select多路复用实现简易聊

前言
多路复用的原理
基本概念

select
fd_set

服务器Code

客户端Code

效果演示

select服务器
客户端Ⅰ
客户端Ⅱ

前言和之前的udp聊天室有异曲同工之处，这次我们客户端send的是一个封装好了的数据包，recv的是一个字符串，服务器recv的是一个数据包，send的是一个字符串，在用户连接的时候发送一个login请求，然后服务器端处理，并广播到其他客户端去

多路复用的原理

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基本概念多路复用指的是：通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。其实就是一种异步处理的操作，等待可运行的描述符。
与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
多路复用大体有三种实现方式分别是:
select
poll
epoll
本次代码主要是展示select的用法：

select

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

这个是Linux的man手册给出的select的声明
第一个参数ndfs
第一个参数是nfds表示的是文件描述集合中的最大文件描述符+1，因为select的遍历使用是[0,nfds)的
第二个参数readfds
readfds表示的是读事件的集合
第三个参数writefds
writefds表示的是读事件的集合
第四个参数exceptfds
exceptfds表示的是异常参数的集合
第五个参数timeout
表示的是超时时间，timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。

struct timeval{long tv_sec; //secondlong tv_usec; //microseconds}

fd_set
fd_set结构体的定义实际包含的是fds_bits位数组，该数组的每个元素的每一位标记一个文件描述符其大小固定，由FD_SETSIZE指定，一般而言FD_SETSIZE的大小为1024
我们只用关心怎么使用即可：
下面几个函数就是操作fd_set的函数

void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符加入集合之中void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符从集合中删除int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写

服务器Code 实现的功能是：
客户端连接到客户端时，服务器向其他客户端进行广播上线
向服务器发送消息，然后服务器向其他客户端广播上线
客户端退出，服务器向其他客户端广播

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define N 1024int fd[FD_SETSIZE]; //用户集合，最大承受量typedef struct Msg{//消息的结构char type; //消息类型char name[20]; char text[N]; //消息内容}MSG; typedef struct User{int fd; struct User *next; }USE; USE *head; USE *init() {USE *p = (USE *)malloc(sizeof(USE)); memset(p,0,sizeof(USE)); p->next = NULL; return p; }void Link(int new_fd) {//将新连接加入用户列表里面USE *p = head; while(p->next) {p=p->next; }USE *k = (USE*)malloc(sizeof(USE)); k->fd = new_fd; k->next = NULL; p->next = k; }void login(int fd,MSG msg) {USE *p = head; char buf[N+30]; strcpy(buf,msg.name); strcat(buf,"上线啦！快来找我玩叭！"); printf("fd = %d%s\n",fd,buf); while(p->next) {//给其他用户发上线信息if(fd != p->next->fd)send(p->next->fd,&buf,sizeof(buf),0); p = p->next; }//puts("Over login"); }void chat(int fd,MSG msg) {//printf("%d\n",msg.text[0]); if(strcmp(msg.text,"\n") == 0) return; USE *p = head; char buf[N+30]; strcpy(buf,msg.name); strcat(buf,": "); strcat(buf,msg.text); printf("%s\n",buf); while(p->next) {//给其他用户发信息if(fd != p->next->fd)send(p->next->fd,&buf,sizeof(buf),0); p = p->next; }}void quit(int fd,MSG msg) {USE *p = head; char buf[N+30]; strcpy(buf,msg.name); strcat(buf,"伤心的退出群聊！"); printf("%s\n",buf); while(p->next) {//给其他用户发上线信息if(fd != p->next->fd)send(p->next->fd,&buf,sizeof(buf),0); p = p->next; }}/* * 初始化TCP服务器，返回服务器的socket描述符 * */int init_tcp_server(unsigned short port) {int ret; int opt; int listen_fd; struct sockaddr_in self; // 监听描述符listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listen_fd < 0) {perror("socket"); return -1; }// 配置监听描述符地址复用属性opt = 1; ret = setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&opt, sizeof(opt)); if (ret < 0) {perror("set socket opt"); return -1; }// 填充服务器开放接口和端口号信息memset(&self, 0, sizeof(self)); self.sin_family = AF_INET; self.sin_port = htons(port); self.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); ret = bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&self, sizeof(self)); if (ret == -1) {perror("bind"); return -1; }// 默认socket是双向，配置成监听模式listen(listen_fd, 5); return listen_fd; }// 监听处理器int listen_handler(int listen_fd) {int new_fd; new_fd = accept(listen_fd, NULL, NULL); if (new_fd < 0) {perror("accpet"); return -1; }return new_fd; }// 客户端处理器int client_handler(int fd) {int ret; MSG msg; // 读一次ret = recv(fd, &msg, sizeof(MSG), 0); //读取消息//printf("name = %s\n",msg.name); if (ret < 0) {perror("recv"); return -1; } else if (ret == 0) {//断开连接quit(fd,msg); return 0; } else {//数据处理if(msg.type == 'L') {//登陆处理login(fd,msg); }else if(msg.type == 'C') {//聊天处理chat(fd,msg); }else if(msg.type == 'Q') {//退出处理quit(fd,msg); }}//puts("Over client_handler"); return ret; }// 标准输入处理器int input_handler(int fd) {char buf[1024]; fgets(buf, sizeof(buf), stdin); buf[strlen(buf) - 1] = 0; printf("user input: %s\n",buf); return 0; }void main_loop(int listen_fd) {fd_set current, bak_fds; int max_fds; int new_fd; int ret; // 把监听描述符、标准输入描述符添加到集合FD_ZERO(¤t); FD_SET(listen_fd, ¤t); FD_SET(0, ¤t); max_fds = listen_fd; while (1) {bak_fds = current; // 备份集合ret = select(max_fds+1, &bak_fds, NULL, NULL, NULL); if (ret < 0) {perror("select"); break; }// 判断内核通知哪些描述符可读，分别处理for (int i = 0; i <= max_fds; ++i) {if (FD_ISSET(i, &bak_fds)) {if (i == 0) {//服务器的输入端，可以做成广播// 标准输入可读 fgetsinput_handler(i); } else if (i == listen_fd) {//新连接，也就是有用户上线// 监听描述符可读acceptnew_fd = listen_handler(i); if (new_fd < 0) {fprintf(stderr, "listen handler error!\n"); return; }if(new_fd >= FD_SETSIZE) {printf("客户端连接过多！"); close(new_fd); continue; }// 正常连接更新系统的集合，更新系统的通信录Link(new_fd); //将新的连接描述符放进链表里面FD_SET(new_fd, ¤t); max_fds = new_fd > max_fds ? new_fd : max_fds; } else {// 新的连接描述符可读recvret = client_handler(i); if (ret <= 0) {// 收尾处理close(i); FD_CLR(i, ¤t); }}}}//puts("over loop!\n"); }}int main(){int listen_fd; head = init(); listen_fd = init_tcp_server(6666); if (listen_fd < 0) {fprintf(stderr, "init tcp server failed!\n"); return -1; }printf("等待连接中...\n"); main_loop(listen_fd); close(listen_fd); return 0; }

客户端Code 创建了一个父子进程，父进程用于接受信息并打印到屏幕，子进程用于输入并发送信息

//// Created by Mangata on 2021/11/30.//#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define N 1024char *ip = "192.168.200.130"; //106.52.247.33int port = 6666; char name[20]; typedef struct Msg{//消息的结构char type; //消息类型char name[20]; char text[N]; //消息内容}MSG; /* * 初始化TCP客户端，返回客户端的socket描述符 * */int init_tcp_client(const char *host) {int tcp_socket; int ret; struct sockaddr_in dest; tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (tcp_socket == -1) {perror("socket"); return -1; }memset(&dest, 0, sizeof(dest)); dest.sin_family = AF_INET; dest.sin_port = htons(port); dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(host); ret = connect(tcp_socket, (struct sockaddr *)&dest, sizeof(dest)); if (ret < 0) {perror("connect"); return -1; }//int flags = fcntl(tcp_socket, F_GETFL, 0); //获取建立的sockfd的当前状态（非阻塞）//fcntl(tcp_socket, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); //将当前sockfd设置为非阻塞printf("connect %s success!\n", host); return tcp_socket; }void login(int fd) {MSG msg; fputs("请输入您的名字: ",stdout); scanf("%s",msg.name); strcpy(name,msg.name); msg.type = 'L'; send(fd,&msg,sizeof(MSG),0); }void chat_handler(int client_fd) {int ret; char buf[N+30]; pid_t pid = fork(); if(pid == 0) {MSG msg; strcpy(msg.name,name); while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin)) {if (strncmp(buf, "quit", 4) == 0) {// 客户端不聊天了，准备退出msg.type = 'q'; send(client_fd,&msg,sizeof(MSG),0); exit(1); }strcpy(msg.text,buf); msg.type = 'C'; // 发送字符串，不发送'\0'数据ret = send(client_fd, &msg, sizeof(MSG), 0); if (ret < 0) {perror("send"); break; }printf("send %d bytes success!\n", ret); }}else {while(1){int rrt = recv(client_fd,&buf,sizeof(buf),0); printf("rrt = %d\n",rrt); if(rrt <= 0) {printf("断开服务器！\n"); break; }fprintf(stdout,"%s\n",buf); }}}int main(int argc,char *argv[]){int client_socket; client_socket = init_tcp_client(ip); if (client_socket < 0) {fprintf(stderr, "init tcp client failed!\n"); return -1; }login(client_socket); chat_handler(client_socket); close(client_socket); return 0; }

效果演示
select服务器