linux网络编程（10）fcntl函数实现IO多路转换

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-05-21 05:17 135阅读 0赞

前面介绍的函数如recv、send、read和write等函数都是阻塞性函数，若资源没有准备好，则调用函数的进程进入阻塞状态，使用fcntl函数可以实现IO的非阻塞，也就是所谓的IO多路转换。

主线程负责接收客户端请求，收到请求后将对应的套接字描述符存放在动态数组中，一个子线程负责遍历该套接字描述符的动态数组，并处理对应套接字的客户端请求。

动态数组头文件vector\_fd.h：

#ifndef __VECTOR_H__
    #define __VECTOR_H__
    
    typedef struct 
    {
    	int *fd; //套接字描述符的指针
    	int counter; //当前套接字描述符的个数
    	int max_counter; //套接字描述符的最大存放个数
    }VectorFD;
    
    extern VectorFD* create_vector_fd(void);
    extern void      destroy_vector_fd(VectorFD *);
    extern int       get_fd(VectorFD *, int index);
    extern void      remove_fd(VectorFD *, int fd);
    extern void      add_fd(VectorFD *, int fd);
    
    
    #endif

动态数组源文件vector\_fd.cpp

#include "vector_fd.h"
    #include <malloc.h>
    #include <assert.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <memory.h>
    
    
    /*扩展动态数组*/
    static void encapacity(VectorFD *vfd)
    {
    	//动态数组的数量大于动态数组的最大值
    	if (vfd->counter >= vfd->max_counter)
    	{
    		//默认每次扩展5个
    		int *fds = (int*)calloc(vfd->counter + 5, sizeof(int));
    		assert(fds != NULL);
    		//将原来动态数组的内容拷贝到新的动态数组中
    		memcpy(fds, vfd->fd, sizeof(int) * vfd->counter);
    		//销毁原来套接字描述符的动态数组
    		free(vfd->fd);
    		//新的动态数组赋值
    		vfd->fd = fds;
    		//动态数组最大容量重置
    		vfd->max_counter += 5;
    	}
    }
    
    /*获取套接字描述符的索引*/
    static int indexof(VectorFD *vfd, int fd)
    {
    	int i = 0;
    	for (; i < vfd->counter; i++)
    	{
    		if (vfd->fd[i] == fd)
    			return i;
    	}
    	//没有找到返回-1
    	return -1;
    }
    
    /*创建动态数组*/
    VectorFD* create_vector_fd(void)
    {
    	VectorFD *vfd = (VectorFD*)calloc(1, sizeof(VectorFD));
    	assert(vfd != NULL);
    	//创建存放套接字描述符的动态数组
    	vfd->fd = (int*)calloc(5, sizeof(int));
    	assert(vfd != NULL);
    	vfd->counter = 0;
    	vfd->max_counter = 0;
    	return vfd;
    }
    
    /*释放动态数组*/
    void destroy_vector_fd(VectorFD *vfd)
    {
    	assert(vfd != NULL);
    	free(vfd->fd);
    	free(vfd);
    }
    
    /*根据索引获取套接字描述符*/
    int get_fd(VectorFD *vfd, int index)
    {
    	assert(vfd != NULL);
    	if (index < 0 || index > vfd->counter - 1)
    		return 0;
    	return vfd->fd[index];
    }
    
    /*删除指定的套接字描述符*/
    void remove_fd(VectorFD *vfd, int fd)
    {
    	assert(vfd != NULL);
    	//获取套接字描述符的索引
    	int index = indexof(vfd, fd);
    	int i = index;
    	//将索引后面的套接字描述符向前移动一个位置
    	for (; i < vfd->counter - 1; i++)
    	{
    		vfd->fd[i] = vfd->fd[i + 1];
    	}
    	//数量减一
    	vfd->counter--;
    }
    
    /*将套接字描述符添加到套接字描述符的动态数组中*/
    void add_fd(VectorFD * vfd, int fd)
    {
    	assert(vfd != NULL);
    	//扩展动态数组
    	encapacity(vfd);
    	vfd->fd[vfd->counter++] = fd;
    
    }

服务器代码：

#include <netdb.h>  
    #include <sys/socket.h>  
    #include <time.h>  
    #include <unistd.h>  
    #include <memory.h>  
    #include <signal.h>  
    #include <string.h>  
    #include <stdlib.h>  
    #include <stdio.h>  
    #include <arpa/inet.h>  
    #include <errno.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <pthread.h>
    #include "vector_fd.h"
    #include <fcntl.h>
    
    VectorFD *vfd;
    int sockfd;
    
    /*信号处理函数*/
    void sig_handler(int signo)
    {
    	if (signo == SIGINT)
    	{
    		printf("server close!\n");
    		/*关闭socket*/
    		close(sockfd);
    		/*销毁动态数组*/
    		destroy_vector_fd(vfd);
    		exit(1);
    	}
    }
    
    //fd对应某个连接的客户端，和某个连接的客户端进行通信(非阻塞)
    void do_service(int fd)
    {
    	/*与客户端进行读写操作*/
    	char buff[512];
    	
    	memset(buff, 0, sizeof(buff));
    
    	//采用非阻塞方式，读不到数据直接返回，直接服务下一个客户端，
    	//不需要判断小于0的情况
    	size_t size = read(fd, buff, sizeof(buff));
    	if (size == 0)
    	{
    		//客户端已经关闭连接
    		char info[] = "client closed";
    		//不建议用标准IO，因为标准IO有缓存功能
    		write(STDOUT_FILENO, info, sizeof(info));
    		//删除动态数组中的fd,
    		remove_fd(vfd, fd);
    	    //关闭对应客户端的socket
    		close(fd);
    	}
    	else if(size > 0)
    	{
    		write(STDOUT_FILENO, buff, sizeof(buff));
    		if (write(fd, buff, size) < 0)
    		{
    			//假如客户端关闭,
    			if (errno == EPIPE)
    			{
    				perror("write error");
    				remove_fd(vfd, fd);
    				close(fd);
    			}
    		}
    	}
    }
    
    /*线程函数*/
    void* th_fn(void *arg)
    {
    	int i = 0;
    	while (1)
    	{
    		i = 0;
    		//遍历动态数组中的socket描述符
    		for (; i < vfd->counter; i++)
    		{
    			do_service(get_fd(vfd, i));
    		}
    	}
    
    	return (void*)0;
    }
    
    
    void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
    {
    	char ip[16];
    	memset(ip, 0, sizeof(ip));
    	int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
    	inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip));
    	printf("%s(%d) connected!\n", ip, port);
    }
    
    int main(int argc, char* argv[])
    {
    	/*输入端口号*/
    	if (argc < 2)
    	{
    		printf("usage: %s #port\n", argv[0]);
    		exit(1);
    	}
    
    	/*注册SIFINT信号SIGINT,“ctrl + c”终止程序运行*/
    	if (signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR)
    	{
    		perror("signal sigint error");
    		exit(1);
    	}
    
    	/*1.创建socket
    	* 注：socket创建在内核中，是一个结构体
    	* AF_INET：IPV4
    	* SOCK_STREAM:tcp协议
    	* */
    	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    	if (sockfd == -1)
    	{
    		perror("socket error");
    		exit(1);
    	}
    
    	/*2.将socket和地址(ip、port)进行绑定*/
    	struct sockaddr_in serveraddr;
    	memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    	//地址中填入ip、port、internet地质族类型  
    	serveraddr.sin_family = AF_INET;
    	serveraddr.sin_port = htons((uint16_t)atoi(argv[1]));//转换为网络字节序
    	serveraddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);//响应所有的网卡请求  
    
    	if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)(&serveraddr), sizeof(serveraddr)) < 0)//注意地址要强制转换为通用地址  
    	{
    		perror("bind error");
    		exit(1);
    	}
    
    	/*3.调用listen函数启动监听(指定的端口监听)
    	* 通知系统去接收来自客户端的连接请求
    	* (将接收到的客户端的请求放置到对应的队列中)
    	*第二个参数：指定队列的长度
    	* */
    	if (listen(sockfd, 10) < 0)
    	{
    		perror("listen error");
    		exit(1);
    	}
    	
    	/*创建存放套接字描述符的动态数组*/
    	vfd = create_vector_fd();
    	
    	pthread_t th;
    	int err;
    	/*设置线程的分离属性*/
    	pthread_attr_t attr;
    	pthread_attr_init(&attr);
    	pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    
    	//以分离状态启动子进程
    	if ((err = pthread_create(&th, &attr, th_fn, (void*)0)) != 0)
    	{
    		perror("pthread create error");
    	}
    
    	//主控线程销毁线程属性
    	pthread_attr_destroy(&attr);
    
    	/*
    	* 1)主控线程获得客户端的连接，将新的socket描述符放置到动态数组中;
    	* 2)启动的子线程负责遍历动态数组的socket描述符并和对应的客户端进行通信(采用非阻塞的读写)
    	*/
    
    	struct sockaddr_in clientaddr;
    	socklen_t len = sizeof(clientaddr);
    
    	while (1)
    	{
    		//主控线程负责调用accept去获得客户端的连接
    		int fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
    		if (fd < 0)
    		{
    			perror("accept error");
    			continue;
    		}
    
    		out_addr(&clientaddr);
    
    		//将读写修改为非阻塞方式
    		int var;
    		//获得原来套接字状态标志，放在var中
    		fcntl(fd, F_GETFL, &var);
    		var |= O_NONBLOCK; //在原来状态标志基础上添加非阻塞标志
    		fcntl(fd, F_SETFL, var);//设置非阻塞
    		
    		//将返回的新的套接字描述符加入到动态数组中
    		add_fd(vfd, fd);
    	}
    
    	return 0;
    }

客户端代码可参考之前博文的代码。