网络编程中的select优化通用C/S模型

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#include <signal.h>

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_IP "192.168.1.110"//服务器IP
//出错处理宏定义
#define EXIT_ERR(m) \
do \
{  \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)

#define MAX_BUF 1024//缓冲区最大数

/**
* readn - 读取固定字节数
* @fd: 文件描述符
* @buf: 接收缓冲区
* @count: 要读取的字节数
* 成功返回count，失败返回-1，读到EOF返回<count
*/
ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count;//剩余字节数
ssize_t nread;//已经读取的字节数
char *bufp = (char*)buf;

while (nleft > 0)
{
if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0)
{
if (errno == EINTR)
continue;
return -1;
}
else if (nread == 0)
return count - nleft;

bufp += nread;
nleft -= nread;
}

return count;
}

/**
* writen - 发送固定字节数
* @fd: 文件描述符
* @buf: 发送缓冲区
* @count: 要读取的字节数
* 成功返回count，失败返回-1
*/
ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count;
ssize_t nwritten;
char *bufp = (char*)buf;

while (nleft > 0)
{
if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
{
if (errno == EINTR)
continue;
return -1;
}
else if (nwritten == 0)
continue;

bufp += nwritten;
nleft -= nwritten;
}

return count;
}

/**
* recv_peek - 仅仅查看套接字缓冲区数据，但不移除数据
* @sockfd: 套接字
* @buf: 接收缓冲区
* @len: 长度
* 成功返回>=0，失败返回-1
*/
ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
while (1)
{
int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK);
if (ret == -1 && errno == EINTR)
continue;
return ret;
}
}

ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
int ret;
int nread;
char *bufp = buf;
int nleft = maxline;
while (1)
{
ret = recv_peek(sockfd, bufp, nleft);
if (ret < 0)
return ret;
else if (ret == 0)
return ret;

nread = ret;
int i;
for (i=0; i<nread; i++)
{
if (bufp[i] == '\n')
{
ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
if (ret != i+1)
exit(EXIT_FAILURE);

return ret;
}
}

if (nread > nleft)
exit(EXIT_FAILURE);

nleft -= nread;
ret = readn(sockfd, bufp, nread);
if (ret != nread)
exit(EXIT_FAILURE);

bufp += nread;
}

return -1;
}

int main()
{
int                 ret = 0;//辅助变量--用于判断各函数是否调用成功
struct sockaddr_in  serv_addr;//要连接的服务器端地址
int                 port;//服务器端口
char*               ip_addr = SERV_IP;//服务器IP
int                 sock_fd;//用语和服务器通信的套接字--链接的概念

fd_set              rset;//select监控的文件描述符集合--这里关注两个描述符--标准输入和链接，都是读取操作
int                 is_ready;//select返回值--是否准备好读取操作
int                 max_fd;//文件描述符集合里面醉的文件描述符
int                 stdin_fd;//标准输入对应的文件描述符--出于编码风格的规范，有必要没一个文件都定义一个文件描述符--尽管知道标准输入是0
struct timeval      timeout;//等待时间

char                send_buf[MAX_BUF]={0};//发送缓冲
char                recv_buf[MAX_BUF]={0};//接受缓冲

signal(SIGPIPE,SIG_IGN);//忽略SIGPIPE信号--避免对方关闭以后还写入引起的进程崩溃

//建立套接字
sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
if(sock_fd == -1)
{
EXIT_ERR("socket");
}

//初始化端口--这里更应该改成一个宏定义
port = 8001;

//填充服务器地址
bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_addr);

//建立链接--没有用到连接超时检测--可改进
ret = connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
if(ret == -1)
{
EXIT_ERR("connect");
}
printf("Successful connected to IP: %s\t in PORT :%d\n",inet_ntoa(serv_addr.sin_addr),ntohs(serv_addr.sin_port));

//获取标准输入的文件描述符
stdin_fd = fileno(stdin);

//寻找出要监控的文件描述符的最大值
max_fd = stdin_fd > sock_fd ? stdin_fd : sock_fd;

//设置要监听的文件描述符集合
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(stdin_fd,&rset);
FD_SET(sock_fd,&rset);

//设置等待时间
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;

while(1)
{
//开始使用select监听
FD_SET(stdin_fd,&rset);//注意，在每次重新调用select之前需要重新设置监听集合
FD_SET(sock_fd,&rset);
timeout.tv_sec = 5;//注意，在每次重新调用select之前需要重新赋值timeout，貌似select会将原timeout内存空间修改，起不到超时检测作用
timeout.tv_usec = 0;
is_ready = select(max_fd + 1,&rset,NULL,NULL,&timeout);

if(-1 == is_ready)//select调用失败
{
EXIT_ERR("is_ready");
}
else if(0 == is_ready)//超时没有任何一个文件描述符的状态改变--变为可读
{
//printf("timeout\n");//调试信息
continue;
}

if(FD_ISSET(sock_fd,&rset))//链接状态变化--表示服务器发送数据过来了
{
//printf("data coming..\n");//调试信息
ret = readline(sock_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf));//避免粘包
if(-1 == ret)//调用失败
{
EXIT_ERR("readline");
}
else if(ret == 0)//对方关闭--这里很重要--服务器关闭以后，客户端也自动结束程序--不用select的话，客户端有可能一直阻塞在fgets，
//导致自己一直处于等待状态，服务器一直处于timewait状态，很不科学，利用select的话能及时避免fgets引起的阻塞
{
printf("peer close\n");
break;
}

fputs(recv_buf,stdout);//打印读取到的数据
memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));//清空缓冲区以便下次读取新数据

}

if(FD_ISSET(stdin_fd,&rset))//标准输入状态变化--表示键盘有输入了--避免了客户端在这里阻塞，当服务器主动断开以后一直处于TIME_WAIT状态（11种状态）
{
if(fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin) == NULL)//读取键盘输入的数据--读到文件结束符或者发生错误--准备退出客户端程序
{
printf("input completely\n");
close(sock_fd);//关闭链接
FD_CLR(stdin_fd,&rset);//清除监听集合
break;
}
else //正确读取键盘输入
{
writen(sock_fd,send_buf,strlen(send_buf));//向服务器发送数据
memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));//清空缓冲区以便下次读取新数据
}
}

}
close(sock_fd);//关闭链接
FD_CLR(stdin_fd,&rset);//清除监听集合
return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#include <signal.h>

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>

//出错处理宏定义
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{  \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)

#define MAX_BUF 1024//缓冲区最大数

/**
* readn - 读取固定字节数
* @fd: 文件描述符
* @buf: 接收缓冲区
* @count: 要读取的字节数
* 成功返回count，失败返回-1，读到EOF返回<count
*/
ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count;//剩余字节数
ssize_t nread;//已经读取的字节数
char *bufp = (char*)buf;

while (nleft > 0)
{
if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0)
{
if (errno == EINTR)
continue;
return -1;
}
else if (nread == 0)
return count - nleft;

bufp += nread;
nleft -= nread;
}

return count;
}

/**
* writen - 发送固定字节数
* @fd: 文件描述符
* @buf: 发送缓冲区
* @count: 要读取的字节数
* 成功返回count，失败返回-1
*/
ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count;
ssize_t nwritten;
char *bufp = (char*)buf;

while (nleft > 0)
{
if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
{
if (errno == EINTR)
continue;
return -1;
}
else if (nwritten == 0)
continue;

bufp += nwritten;
nleft -= nwritten;
}

return count;
}

/**
* recv_peek - 仅仅查看套接字缓冲区数据，但不移除数据
* @sockfd: 套接字
* @buf: 接收缓冲区
* @len: 长度
* 成功返回>=0，失败返回-1
*/
ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
while (1)
{
int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK);
if (ret == -1 && errno == EINTR)
continue;
return ret;
}
}

ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
int ret;
int nread;
char *bufp = buf;
int nleft = maxline;
while (1)
{
ret = recv_peek(sockfd, bufp, nleft);
if (ret < 0)
return ret;
else if (ret == 0)
return ret;

nread = ret;
int i;
for (i=0; i<nread; i++)
{
if (bufp[i] == '\n')
{
ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
if (ret != i+1)
exit(EXIT_FAILURE);

return ret;
}
}

if (nread > nleft)
exit(EXIT_FAILURE);

nleft -= nread;
ret = readn(sockfd, bufp, nread);
if (ret != nread)
exit(EXIT_FAILURE);

bufp += nread;
}

return -1;
}

#define PORT 8001
int main()
{
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);//忽略SIGPIPE信号--避免对方关闭以后还写入引起的进程崩溃

int listenfd;
if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)//建立监听套接字
ERR_EXIT("socket");

//设置地址
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

//地址复用
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
ERR_EXIT("setsockopt");

//绑定端口/地址
if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
ERR_EXIT("bind");

//开始监听
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0)
ERR_EXIT("listen");

//对方地址信息
struct sockaddr_in peeraddr;
socklen_t peerlen;
int conn;

int i;
int client[FD_SETSIZE]; //支持的最大客户端连接数 数组
int maxi = 0; //最大的不空闲的位置

for (i=0; i<FD_SETSIZE; i++)//初始化客户端链接，全部为-1--表示没有建立链接
client[i] = -1;

//select函数需要用的参数--文件描述符集合、最大描述符等
int nready;
int maxfd = listenfd;
fd_set      rset;
fd_set      allset;

//清空集合
FD_ZERO(&rset);
FD_ZERO(&allset);

//将监听套接字加入集合进行监听
FD_SET(listenfd, &allset);

struct timeval      timeout;//等待时间

while (1)
{
//这里很巧妙的技巧--用allset保存最新的集合（监听套接字+有效链接数组）--每次重新select之前都重新更新rset，再用rset进行监听
rset = allset;////注意，在每次重新调用select之前需要重新设置监听集合
timeout.tv_sec = 1;//注意，在每次重新调用select之前需要重新赋值timeout，貌似select会将原timeout内存空间修改，起不到超时检测作用
timeout.tv_usec = 0;
//listenfd 可读，表示有客户端连接进来了，可以建立一个新的连接
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, &timeout);
if (nready == -1)//调用失败
{
if (errno == EINTR)//被其他信号中断监听--继续下一次循环监听
continue;

ERR_EXIT("select");
}
if (nready == 0)//超时--继续下一次循环监听
{
printf("time out\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) //若侦听套接口产生可读事件 说明3次握手已完成，有客户端已经连接建立
{
peerlen = sizeof(peeraddr);
conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen); //处理accept
if (conn == -1)//accept失败
ERR_EXIT("accept");

for (i=0; i<FD_SETSIZE; i++)//获取到有效链接以后要放入链接数组里面--检查到第一空闲位置将链接放入该位置
{
if (client[i] < 0)//确实之前没有存储有效链接
{
client[i] = conn;
if (i > maxi)//更新最大不空闲位置
maxi = i;
break;//找到就不再遍历数组
}
}

if (i == FD_SETSIZE)//达到内核设置的select监听上限--程序失败退出
{
fprintf(stderr, "too many clients\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port));//打印客户端地址信息

FD_SET(conn, &allset); //把新的连接 放入集合中
if (conn > maxfd)  //同时按照条件，更新maxfd  //维护最大描述符
maxfd = conn;
if (--nready <= 0)//表示只有一个文件描述符改变--不用判断链接数组元素了，就只有监听套接字改变状态
continue;
}

for (i=0; i<=maxi; i++) //检测已连接的套接字conn是否可读
{
conn = client[i];//从当前链接数组里面取出元素
if (conn == -1)//如果是-1表示非有效链接--进入下一个链接元素
continue;

if (FD_ISSET(conn, &rset)) //当前链接可读--这样就有效避免了read阻塞，同事利用轮询实现了单进程支持多并发--多个客户端的链接--用到了链接数组
{
char recvbuf[1024] = {0};
int ret = readline(conn, recvbuf, 1024);//读取数据
if (ret == -1)//读取失败
ERR_EXIT("readline");
else if (ret == 0)//对方关闭
{
printf("client close\n");
FD_CLR(conn, &allset); //若对方已退出 从集合中清除
client[i] = -1; //保存连接的数组元素 也置成-1 //也可进一步控制 若i是把maxfd，需要把maxifd变成第二大maxifd
if(i == maxi)
maxi = i - 1;
close(conn);//关闭连接
}

fputs(recvbuf, stdout);//正常读取--打印数据
writen(conn, recvbuf, strlen(recvbuf));//回写到客户端
//printf("send completely\n");//调试信息

if (--nready <= 0)//只有一个链接变化--其余连接没有变化--退出本次循环，进行下一次监听
break;
}
}
}

return 0;
}