网络编程：理解select函数并实现IO复用服务器端

2022-05-04 17:57:26

网络编程：理解select函数并实现IO复用服务器端

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一、实验目的

  1. 学习第12章I/O复用技术。理解select函数的功能并掌握其调用方法。
  2. 在Linux和Windows操作系统上编写并发服务器端。使用select函数监管多个套接字上的网络事件。

二、实验内容

1、在Linux操作系统上编写程序，实现基于select函数的I/O复用服务器端：
（1）参考12.2节程序，实现I/O复用服务器端程序。
（2）客户端接收用户输入的字符串并发送到服务器端，一直到用户输入字符 ”Q”/”q” 为止（客户端可以使用以前实验中实现的客户端程序）。
（3）启动服务器后创建两个以上客户端并建立连接，验证服务器端可以同时为不同的客户端提供回声服务。

2、在Windows操作系统上编写程序，实现与上述功能相同的回声服务器端。（客户端可以使用以前实验中实现的客户端程序）。

Linux端效果图如下：

Linux端的（采用UOS+VScode+g++）：
网络编程：理解select函数并实现IO复用服务器端

Linux端代码如下：

1. 服务器端：
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/time.h>
#include<sys/select.h>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 100
 
int main()
{
	int serv_sock, clnt_sock;//创建套接字
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;//将套接字和IP、端口绑定
	struct timeval timeout;
	fd_set reads, cpy_reads;
 
	socklen_t adr_sz;
	int fd_max, str_len, fd_num, i;
	char buf[BUF_SIZE];
 
	serv_sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);		//serv_sock文件描述符的值为3
	memset(&serv_adr,0,sizeof(serv_adr));//每个字节都用0填充
	serv_adr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4地址
	serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址
	serv_adr.sin_port = htons(1234); //端口
 
	if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
		cout<<"bind()出错!"<<endl;
	if (listen(serv_sock,5) == -1)
		cout<<"listen()出错!"<<endl;

	FD_ZERO(&reads);
	FD_SET(serv_sock, &reads);			//注册服务器端套接字信息。接收数据情况的监视对象就包含了服务器套接字
	fd_max = serv_sock;					
 
	while(1)
	{
		cpy_reads = reads;
		timeout.tv_sec  = 5;
		timeout.tv_usec = 5000;
 
		if ((fd_num = select(fd_max+1, &cpy_reads, 0, 0, &timeout)) == -1)
			break;
		if (fd_num == 0)
			continue;
		
		for (i = 0; i < fd_max+1; i++)		//select返回值fd_num大于0才执行此循环。不然在前面循环就终止
		{
			if (FD_ISSET(i,&cpy_reads))		//当cpy_reads中的i位置对应的文件描述符发生了变化，则此函数返回真
			{
				if (i == serv_sock)			//若是服务器端套接字描述符改变，则接收连接请求
				{
					adr_sz = sizeof(clnt_adr);
					clnt_sock = accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr,&adr_sz);	//clnt_sock文件描述符的值为4
					FD_SET(clnt_sock,&reads);		//注册与客户端连接的套接字文件描述符
					if (fd_max < clnt_sock)
						fd_max = clnt_sock;
					cout<<"连接客户端: "<<clnt_sock<<endl;
				}
				else					//read message 
				{
					str_len = read(i,buf,BUF_SIZE);
					if (str_len == 0)	//close request 
					{
						FD_CLR(i,&reads);	//清除i对应位的文件描述符信息
						close(i);
						cout<<"关闭监听: "<<i<<endl;
					}
					else 
					{
						write(i,buf,str_len);		//echo!
					}
				}
			}
 
		}
	}
	close(serv_sock);
	return 0;
}
 


//g++ 网络编程作业6服务器端.cpp -o test1
2. 客户端：
#include<iostream>
#include <cstring>
#include<unistd.h>
#include<sys/time.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#define BUF_SIZE 30
using namespace std;
int main()
{
    //设置套接字相关属性
    struct sockaddr_in sock_addr;
    memset(&sock_addr,0,sizeof(sock_addr));
    sock_addr.sin_family = AF_INET;
    sock_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sock_addr.sin_port = htons(1234);

	//发送缓冲区和接收缓冲区
    char bufSend[BUF_SIZE];
    //创建套接字
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    connect(sock,(struct sockaddr*)&sock_addr,sizeof(sock_addr));

	fd_set reads, temps;
	int result, str_len;
	char buf1[BUF_SIZE];
	char buf2[BUF_SIZE];
	struct timeval timeout;
	
	FD_ZERO(&reads);
	FD_SET(0,&reads);			//在reads中将文件描述符0对应的位设置为1,表示需要监视标准输入的变化
 
	/*
	 * timeout.tv_sec  = 5;
	 * timeout.tv_usec = 5000;
	*/
 
	while(1)
	{
		temps = reads;	
		/*
		将reads的内容复制到temps中，因为调用select函数,除发生变化的文件描述符对应位外,
		剩下的所有位将初始化为0.因此为了记住初始值,必须经过这种复制过程。
		*/
		
		timeout.tv_sec  = 10;
		timeout.tv_usec = 0;	//每次调用select函数前都要初始化timeval结构体变量
		result = select(1,&temps,0,0,&timeout);	//如果控制台输入数据,则返回大于0的整数
		if (result == -1)
		{
			cout<<"select()出错!"<<endl;
			break;
		}
		else if(result == 0)
		{
			cout<<"输入超时!"<<endl;		//超时
		}
		else						//文件描述符发生了变化
		{
			if(FD_ISSET(0,&temps))  //验证发生变化的文件描述符是否为标准输入。
			{
				str_len = read(0,buf1,BUF_SIZE);	
				buf1[str_len] = 0;
				if(!strcmp(buf1, "q\n") || !strcmp(buf1, "Q\n"))
              {
                    shutdown(sock, SHUT_WR);
                    return 0;
              }
                write(sock, buf1, strlen(buf1));
				int str_len=read(sock, buf2, BUF_SIZE);
                if(str_len==0)
                    return 0;	//接受到EOF结束符时返回    
                buf2[str_len]=0;
                cout<<"服务器返回数据: "<<buf2<<endl;
			}
		}
	}
	return 0;
}
//g++ 网络编程作业6客户端.cpp -o test2

Windows端效果图如下：

网络编程：理解select函数并实现IO复用服务器端

Windows端代码如下：

1. 服务器端：
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<cstring>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll
using namespace std;
#define BUF_SIZE 100
 
int main()
{
	WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);
    WSADATA wsaData;//加载Winsock库
	//初始化socket资源
    if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData)!=0){
       return 0;  //失败
	}
    SOCKET serv_sock, clnt_sock;//创建套接字
	SOCKADDR_IN  serv_adr, clnt_adr;//将套接字和IP、端口绑定
	TIMEVAL  timeout;
	fd_set reads, cpy_reads;
 
	int adr_sz;
	int fd_max, str_len, fd_num, i;
	char buf[BUF_SIZE];
 
	serv_sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);		//serv_sock文件描述符的值为3

	memset(&serv_adr,0,sizeof(serv_adr));//每个字节都用0填充
	serv_adr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4地址
	serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//使用本地的IP地址
	serv_adr.sin_port = htons(1234); //端口
    
	if (bind(serv_sock, (SOCKADDR*)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
		cout<<"bind()出错!"<<endl;
	if (listen(serv_sock,5) == -1)
		cout<<"listen()出错!"<<endl;

	FD_ZERO(&reads);
	FD_SET(serv_sock, &reads);			//注册服务器端套接字信息。接收数据情况的监视对象就包含了服务器套接字
	fd_max = serv_sock;					
 
	while(1)
	{
		cpy_reads = reads;
		timeout.tv_sec  = 5;
		timeout.tv_usec = 5000;
 
		if ((fd_num = select(fd_max+1, &cpy_reads, 0, 0, &timeout)) == -1)
			break;
		if (fd_num == 0)
			continue;
		
		for (i = 0; i < fd_max+1; i++)		//select返回值fd_num大于0才执行此循环。不然在前面循环就终止
		{
			if (FD_ISSET(i,&cpy_reads))		//当cpy_reads中的i位置对应的文件描述符发生了变化，则此函数返回真
			{
				if (i == serv_sock)			//若是服务器端套接字描述符改变，则接收连接请求
				{
					adr_sz = sizeof(clnt_adr);
					clnt_sock = accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr,&adr_sz);	//clnt_sock文件描述符的值为4
					FD_SET(clnt_sock,&reads);		//注册与客户端连接的套接字文件描述符
					if (fd_max < clnt_sock)
						fd_max = clnt_sock;
					cout<<"连接客户端: "<<clnt_sock<<endl;
				}
				else					//read message 
				{
					str_len = recv(i,buf,BUF_SIZE,0);
					if (str_len == 0)	//close request 
					{
						FD_CLR(i,&reads);	//清除i对应位的文件描述符信息
						closesocket(i);
						cout<<"关闭监听: "<<i<<endl;
					}
					else 
					{
						//向客户端发送数据
                        send(i, buf, str_len, NULL);
					}
				}
			}
 
		}
	}
	closesocket(serv_sock);
	WSACleanup();//释放Winsock库
	system("pause");
	return 0;
}
2. 客户端
#include <iostream>
#include <WinSock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

#define BUF_SIZE 1024
using namespace std;
int main(){
    //初始化DLL
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);


    //向服务器发起请求
    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
    sockAddr.sin_family = PF_INET;
    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sockAddr.sin_port = htons(1234);
   
    char bufSend[BUF_SIZE] = {0};
    char bufRecv[BUF_SIZE] = {0};
	
        //创建套接字
        SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    while(1){
        //获取用户输入的字符串并发送给服务器
        cout<<"请输入消息（输入Q或q退出客户端）: "<<endl;
        gets(bufSend);
		if(!strcmp(bufSend,"q") || !strcmp(bufSend,"Q"))
			break;
        send(sock, bufSend, strlen(bufSend), 0);
        //接收服务器传回的数据
        recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0);
        //输出接收到的数据
        cout<<"服务器返回消息: "<<bufRecv<<endl;
       
        memset(bufSend, 0, BUF_SIZE);  //重置缓冲区
        memset(bufRecv, 0, BUF_SIZE);  //重置缓冲区
        
    }
	closesocket(sock);  //关闭套接字
    WSACleanup();  //终止使用 DLL
	system("Pause");
    return 0;
}
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