C采用多线程和多进程实现TCP/UDP网络连接
2024-04-14 23:33:28
文章目录
- 基础版
- 多进程版本
- 多线程版本
- UDP实现
基础版
封装的socket.h
warp_socket.h
#ifndef _WRAP__
#define _WRAP__#include <sys/socket.h>int check(int ret, char *str);int my_socket(int domain, int type, int protocol);int default_my_socket_ipv4_tcp();struct sockaddr_in* create_ipv4_for_localhost(struct sockaddr_in *srv_addr, uint16_t port);int my_bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);int my_listen(int sockfd, int backlog);int my_accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int my_connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);ssize_t my_read(int fd, void *buf, size_t count);ssize_t my_write(int fd, const void *buf, size_t count);
int my_setsockopt(int sockfd);
#endif
warp_socket.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <strings.h>#define SOCKET_ERROR "socket error"
#define CONNECT_ERROR "connect error"
#define LISTEN_ERROR "listen error"
#define BIND_ERROR "bind error"
#define ACCEPT_ERROR "accept error"
#define PORT_ERROR "port error"int check(int ret, char *str) {if (ret == -1) {perror(str);exit(EXIT_FAILURE);}return ret;
}int my_socket(int domain, int type, int protocol) {return check(socket(domain, type, protocol), SOCKET_ERROR);
}int default_my_socket_ipv4_tcp() {return my_socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
}struct sockaddr_in *create_ipv4_for_localhost(struct sockaddr_in *srv_addr, uint16_t port) {//将地址结构清零
// memset(&srv_addr,0, sizeof(srv_addr));bzero(srv_addr, sizeof(srv_addr));srv_addr->sin_family = AF_INET;srv_addr->sin_port = htons(port);srv_addr->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);return srv_addr;
}int my_bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen) {return check(bind(sockfd, addr, addrlen), BIND_ERROR);
}int my_listen(int sockfd, int backlog) {return check(listen(sockfd, backlog), LISTEN_ERROR);
}int my_accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen) {int i;again :if ((i = accept(sockfd, addr, addrlen)) < 0) {//因为accept是个慢系统调用,发送信号后中断后,重试./** EINTR:如果进程在一个慢系统调用(slow system call)中阻塞时，当捕获到某个信号且相应信号处理函数返回时，这个系统调用被中断，调用返回错误，设置errno为EINTR*//*** ECONNABORTED* 该错误被描述为“software caused connection abort”，即“软件引起的连接中止”。* 原因在于当服务和客户进程在完成用于 TCP 连接的“三次握手”后，* 客户 TCP 却发送了一个 RST （复位）分节，在服务进程看来，就在该连接已由 TCP 排队，* 等着服务进程调用 accept 的时候 RST 却到达了。POSIX 规定此时的 errno 值必须 ECONNABORTED。* 源自 Berkeley 的实现完全在内核中处理中止的连接，* 服务进程将永远不知道该中止的发生。服务器进程一般可以忽略该错误，直接再次调用accept。*/if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR)) {//重试等待连接goto again;} else {return check(i, ACCEPT_ERROR);}}}int my_connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen) {return check(connect(sockfd, addr, addrlen), CONNECT_ERROR);
}ssize_t my_read(int fd, void *buf, size_t count) {ssize_t i;again :if ((i = read(fd, buf, count)) < 0) {if (errno == EINTR) {goto again;} else {return -1;}}return i;
}/*** 重复读取count个数数据** @param fd* @param buf* @param count 读取指定个数,应该<=buf空间* @return*/
ssize_t my_readn(int fd, void *buf, size_t count) {ssize_t i;//记录剩余尚未读取个数ssize_t nleft = count;char *ptr = buf;while (nleft > 0) {if ((i = read(fd, buf, nleft)) < 0) {if (errno == EINTR) {i = 0;} else {return -1;}} else if (i == 0) {break;}//说明读取成功//重新计算应读个数,以及指针偏移nleft -= i;ptr += i;}//返回已读个数return count - nleft;
}ssize_t my_writen(int fd, void *buf, size_t count) {ssize_t i;ssize_t nleft = count;char *ptr = buf;while (nleft > 0) {if ((i = write(fd, buf, nleft)) <= 0) {if (i < 0 && errno == EINTR) {i = 0;} else {return -1;}}nleft -= i;ptr += i;}//返回已写个数return count - nleft;
}ssize_t my_write(int fd, const void *buf, size_t count) {ssize_t i;again :if ((i = write(fd, buf, count)) < 0) {if (errno == EINTR) {goto again;} else {return -1;}}return i;
}/**
* 设置端口复用,也就是可以重复利用同一个端口运行服务器
*/
int my_setsockopt(int sockfd) {//是否启用,0不启用int opt = 1;return check(setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *) &opt, sizeof(opt)), PORT_ERROR);
}
客户端
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "warp_socket.h"
#define PORT 8080int main() {char buf[BUFSIZ];struct sockaddr_in serv_addr;serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(PORT);
// inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr.s_addr);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr);int cfd = default_my_socket_ipv4_tcp();int ret = my_connect(cfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));while (1) {my_write(cfd, "hello\n", 6);sleep(1);int size = my_read(cfd, buf, sizeof(buf));my_write(STDOUT_FILENO, buf, size);}close(cfd);return 0;
}
服务端
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "warp_socket.h"/*** 一个文件描述符指向一个套接字,该套接字内部由内核借助2个缓冲区实现** 网络字节序* 小端存储法(pc本地存储):高位存高地址,低位存低地址.* 大端存储法(网络存储):同上相反.* h表示host，n表示network，l表示32位整数,s表示16位短整数* htonl：本地 => 网络(IP) 只接收32位整数,所以需要先将点分十进制形式(192.XX.XX.XX)的ip地址转成整数, INADDR_ANY获取系统有效IP地址,32整型* htons：本地 => 网络(port)* ntohl 网络 => 本地(IP)* ntohs 网络 => 本地(port)** IP地址转换* int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 本地(string) =>网络* af : AF_INET / AF_INET6 ipv4 /ipv6* src : IP地址(点分10进制形式)* dst : 传出参数,网络字节序的ip地址** const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size); 网络 => 本地(string)*/#define PORT 8080int main() {int lfd, cfd;int ret;char buf[BUFSIZ], cli_Ip[1024];struct sockaddr_in serv_addr, clit_addr;serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(PORT);serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*** int socket(int domain, int type, int protocol);* domain : ip地址协议* type : 数据协议 流式协议,报式协议* protocol ： 选用协议的代表协议. 流式就是tcp,报式就是udp*/lfd = default_my_socket_ipv4_tcp();/*** int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);* struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; IP地址协议in_port_t sin_port; 端口(网络字节序)struct in_addr sin_addr; ip(网络字节序)}sockaddr_in主要弥补sockaddr的缺陷(目标地址和端口信息混在一起),占用字节大小都一样.*/my_bind(lfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));//最多允许连接数my_listen(lfd, 128);//监听并处理连接socklen_t client_addr_len = sizeof(clit_addr);cfd = my_accept(lfd, (struct sockaddr *) &clit_addr, &client_addr_len);printf("client ip: %s , port: %d \n", inet_ntop(AF_INET, &clit_addr.sin_addr.s_addr, cli_Ip, sizeof(cli_Ip)),ntohs(clit_addr.sin_port));while (1) {ret = my_read(cfd, buf, sizeof(buf));my_write(STDOUT_FILENO, buf, ret);for (int i = 0; i < ret; ++i) {buf[i] = toupper(buf[i]);}my_write(cfd, buf, ret);}close(cfd);close(lfd);return 0;
}
多进程版本
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <wait.h>
#include "warp_socket.h"/*** 多进程* @return*/
#define PORT 8080void killP() {while (waitpid(0, NULL, WNOHANG) > 0);return;
}int main() {int lfd, cfd;int ret;char buf[BUFSIZ];pid_t pid;struct sockaddr_in srv_addr, cli_addr;create_ipv4_for_localhost(&srv_addr, PORT);lfd = default_my_socket_ipv4_tcp();my_bind(lfd, (struct sockaddr *) &srv_addr, sizeof(srv_addr));my_listen(lfd, 128);socklen_t cli_addr_len = sizeof(cli_addr);while (1) {cfd = my_accept(lfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &cli_addr_len);pid = fork();if (pid < 0) {exit(EXIT_FAILURE);} else if (pid == 0) {//关闭主进程accept描述符close(lfd);break;} else {//关闭子进程描述符close(cfd);//回收子进程struct sigaction act;act.sa_handler = killP;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;ret = sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);if (ret != 0) {perror("error");exit(EXIT_FAILURE);}continue;}}if (pid == 0) {while (1) {ret = my_read(cfd, buf, sizeof(buf));printf("%d \n", ret);//读到文件末尾或者客户端主动断开,则直接返回if (ret <= 0) {close(cfd);perror("error");exit(EXIT_FAILURE);}my_write(STDOUT_FILENO, buf, ret);for (int i = 0; i < ret; i++) {buf[i] = toupper(buf[i]);}my_write(cfd, buf, ret);}}return 0;
}
多线程版本
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <wait.h>
#include <pthread.h>
#include "warp_socket.h"/*** 多线程* @return*/
#define PORT 8080
struct s_info {struct sockaddr_in cliaddr;int fd;
};void *work_fun(void *s_info) {struct s_info *s = (struct s_info *) s_info;int ret;char buf[BUFSIZ];char str[INET_ADDRSTRLEN];while (1) {ret = my_read(s->fd, buf, BUFSIZ);printf("%d \n", ret);//读到文件末尾或者客户端主动断开,则直接返回if (ret <= 0) {break;}printf("received from %s at PORT %d \n", inet_ntop(AF_INET, &(*s).cliaddr.sin_addr, str, INET_ADDRSTRLEN),ntohs((*s).cliaddr.sin_port));printf("received from %s at PORT %d \n", inet_ntop(AF_INET, &(s->cliaddr.sin_addr), str, INET_ADDRSTRLEN),ntohs(s->cliaddr.sin_port));my_write(STDOUT_FILENO, buf, ret);for (int i = 0; i < ret; i++) {buf[i] = toupper(buf[i]);}my_write(s->fd, buf, ret);}close(s->fd);return (void *) 0;
}int main() {int lfd, cfd;int i = 0;struct sockaddr_in srv_addr, cli_addr;socklen_t cli_addr_len = sizeof(cli_addr);struct s_info t[256];create_ipv4_for_localhost(&srv_addr, PORT);lfd = default_my_socket_ipv4_tcp();my_bind(lfd, (struct sockaddr *) &srv_addr, sizeof(srv_addr));my_listen(lfd, 128);pthread_t tid;printf("wait for Accept... ");while (1) {cfd = my_accept(lfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &cli_addr_len);t[i].cliaddr = cli_addr;t[i].fd = cfd;pthread_create(&tid, NULL, work_fun, (void *) &t[i]);//线程分离,防止僵尸线程产生.pthread_detach(tid);i = (++i) % 256;}return 0;
}
UDP实现
client.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>#define PORT 8080int main() {char buf[BUFSIZ];int cfd;int n;struct sockaddr_in serv_addr;socklen_t serv_addr_len = sizeof(serv_addr);bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(PORT);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr);cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);while (1) {//相当于connect+writen = sendto(cfd, "hello\n", 6, 0, (struct sockaddr *) &serv_addr, serv_addr_len);if (n == -1) {perror("error");}n = recvfrom(cfd, buf, BUFSIZ, 0, NULL, 0); //不需要服务器的信息write(STDOUT_FILENO, buf, n);if (n == -1) {perror("error");}sleep(1);}close(cfd);return 0;
}
server.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>/*** upd 通信* @return*/
#define PORT 8080
int main() {int lfd;int n;char buf[BUFSIZ], cli_Ip[1024];struct sockaddr_in serv_addr, clit_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(clit_addr);lfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(PORT);serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bind(lfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));printf("acepting...");while (1){//相当于accpet+writen = recvfrom(lfd, buf,BUFSIZ,0,(struct sockaddr *)&clit_addr,&client_addr_len);if (n==-1){perror("error");}write(STDOUT_FILENO, buf, n);printf("client ip: %s , port: %d \n", inet_ntop(AF_INET, &clit_addr.sin_addr.s_addr, cli_Ip, sizeof(cli_Ip)),ntohs(clit_addr.sin_port));for (int i = 0; i < n; ++i) {buf[i] = toupper(buf[i]);}n=sendto(lfd, buf, n,0,(struct sockaddr *)&clit_addr, sizeof(clit_addr));if (n==-1){perror("error");}}close(lfd);return 0;
}
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