Linux高性能服务器编程：I/O复用的高级应用二(聊天室程序)服务端解析

/*  群聊服务端程序:
 *  使用poll同时管理监听socket和连接socket
 *  并且使用牺牲空间换取时间的策略来提高服务器性能
 *  注意：此服务器程序没有使用到并发的编程技巧
 */

#define _GNU_SOURCE 1
#include <stdio.h>
#include <libgen.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>

#define USER_LIMIT 5    /* 最多用户量 */
#define BUF_SIZE 64     /* 读缓冲区的大小 */
#define FD_LIMIT 65535  /* FD数量限制 */

/* 客户数据：客户端socket地址、待写到客户端的数据的位置、从客户端读入的数据 */
struct client_data
{
    sockaddr_in addr;
    char *write_buf;
    char buf[BUF_SIZE];
};

int setnonblock(int fd);

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
        printf("usage: %s ip portn", basename(argv[0]));
        return -1;
    }

    const char *ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    sockaddr_in addr;
    memset(&addr, '', sizeof (addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(static_cast<unsigned short>(port));
    inet_pton(AF_INET, ip, &addr.sin_addr);

    int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert( listenfd >= 0 );

    assert( bind(listenfd, reinterpret_cast<sockaddr *>(&addr), sizeof (addr)) != -1 );
    assert( listen(listenfd, 10) != -1 );

    pollfd fds[USER_LIMIT+1]; /* 最多监听5个连接socket和1个监听socket(这个fd一直存在) */
    fds[0].fd = listenfd;
    fds[0].events = POLLIN | POLLERR;
    fds[0].revents = 0;
    for(int i = 1; i <= USER_LIMIT; ++i) /* 先初始化所有的connfd */
    {
        fds[i].fd = -1;
        fds[i].events = 0;
    }

    /* 用已经建立连接的socket fd来索引相应的客户端数据 */
    client_data *users = new client_data[FD_LIMIT];
    unsigned long user_count = 0;  /* 当前用户数量 */

    while (1)
    {   /* listenfd一直存在，user_count指明当前用户数,所以实际的fds的大小可以确定 */
        int ret = poll(fds, user_count + 1, -1); /* 由于timeout==-1永久阻塞，直至事件发生，所以poll不会返回0 */
        if(ret < 0)
        {
            printf("poll fail and errno is %dn", errno);
            break;
        }
        /* poll机制中，要遍历所有注册事件的文件描述符 */
        for(unsigned long i = 0; i < user_count + 1; ++i)
        {
            if( (fds[i].fd == listenfd) && (fds[i].revents & POLLIN) )
            {
                sockaddr_in client_addr;
                socklen_t client_addrlen = sizeof (client_addr);
                int connfd = accept(listenfd, reinterpret_cast<sockaddr *>(&client_addr), &client_addrlen);
                if(connfd < 0)
                {
                    printf("accept fail! errno is %dn", errno);
                    continue;
                }
                if(user_count >= USER_LIMIT)  /* 用户过多，则关闭连接 */
                {
                    const char *info = "too many users!n";
                    printf("%s",info);
                    send(connfd, info, strlen(info), 0);
                    close(connfd);
                    continue;
                }
                /* 对于新的可接受的连接，同时修改fds和users数组。 */
                user_count++;
                users[connfd].addr = client_addr;
                setnonblock(connfd); /* 设置connfd非阻塞，便于和IO复用合作，提高程序效率 */
                fds[user_count].fd = connfd;
                fds[user_count].events = POLLIN | POLLRDHUP | POLLERR;
                fds[user_count].revents = 0;
                printf("comes a new user, now have %lu usersn", user_count);
            }
            else if(fds[i].revents & POLLERR)
            {
                printf("get an error from %dn",fds[i].fd);
                char errors[100];
                memset(errors, '', 100);
                socklen_t length = sizeof (errors);
                if( getsockopt(fds[i].fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &errors, &length) < 0 )
                {
                    printf("get socket option failed!n");
                }
                continue;
            }
            else if(fds[i].revents & POLLRDHUP)
            {
                /* 如果客户端关闭连接，则服务器也关闭对应的连接，并将用户总数减1 */
                users[fds[i].fd] = users[fds[user_count].fd];
                fds[i] = fds[user_count];
                i--;  /* 必须让i减1，因为通过以上操作已经将最后一个socket fd替换到当前位置i,此时的i还未检查 */
                user_count--;
                printf("a client left!n");
            }
            else if(fds[i].revents & POLLIN)
            {
                int connfd = fds[i].fd;
                memset(users[connfd].buf, '', BUF_SIZE);
                long ret = recv(connfd, users[connfd].buf, BUF_SIZE-1, 0);
                printf("get %lu bytes of client data '%s' from %dn", ret, users[connfd].buf, connfd);
                if(ret < 0)
                {
                    /* 如果读操作出错，就关闭连接 */
                    if(errno != EAGAIN)
                    {
                        close(connfd);
                        users[fds[i].fd] = users[fds[user_count].fd];
                        fds[i] = fds[user_count];
                        i--;
                        user_count--;
                    }
                }
                else if(ret == 0){}  /* recv返回0，说明对方已经关闭连接，此时由POLLRDHUP事件处理 */
                else
                {
                    /* 如果接收到客户数据，则通知其他socket连接准备写数据 */
                    for(unsigned long j = 1; j < user_count + 1; ++j)
                    {
                        if(fds[j].fd == connfd)
                        {
                            continue;
                        }
                        fds[j].events &= ~POLLIN; /* 暂时取消其他客户连接的可读事件 */
                        fds[j].events |= POLLOUT; /* 增加客户连接数据可写事件 */
                        /* 指明要发给其他客户的数据所在发送缓冲区的位置 */
                        users[fds[j].fd].write_buf = users[connfd].buf;
                    }
                }
            }
            else if(fds[i].events & POLLOUT)
            {
                int connfd = fds[i].fd;
                if( !users[connfd].write_buf )
                {
                    continue;
                }
                long ret = send(connfd, users[connfd].write_buf, strlen(users[connfd].write_buf), 0);
                if(ret < 0)
                {
                    printf("send one client's data to another client fail!!!n");
                }
                users[connfd].write_buf = nullptr;
                /* 写完数据后需要重新注册fds[i]上的可读事件 */
                fds[i].events |= ~POLLOUT;
                fds[i].events |= POLLIN;
            }
        }
    }

    delete [] users;
    close(listenfd);

    return 0;
}


int setnonblock(int fd)
{
    int old_opt = fcntl(fd, F_GETFL);
    int new_opt = old_opt | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_GETFL, new_opt);
    return old_opt;
}


/*  ### 程序解析 ###
 *  本程序使用client_data来保存客户的数据，包括客户的socket地址，客户发来的信息，以及用于将数据发出的发送缓冲区。
 *  在users数组中，保存了每个客户连接的相关信息，并且采用连接socket文件描述符来进行索引。
 *
 *  本程序使用的I/O复用技术是poll系统调用，所以在poll成功返回时，不得不遍历整个事件集/描述符集(可以采用poll返回值进行优化),
 *  其中包括了就绪事件和非就绪事件，所以，在一定程度上降低了服务器效率。
 *  并且，本程序没有使用并发手段，所以服务器整个处理过程都是串行工作，造成服务器效率低下。
 *
 *  另外，在处理方式上也比较低效：
 *  当某个客户连接发来数据，服务器接收了此数据之后，服务器就暂时清除其他所有客户连接(即除了发来数据的客户连接)上的可读事件,
 *  然后在这些客户连接上设置可写事件。 当再一次调用poll时，服务器将会处理所有的可写事件，处理完毕之后就清除所有的可写事件，
 *  并且重置之前被清除的可读事件。 以此循环，直到所有客户下线。
 */

最后

以上就是受伤老师为你收集整理的Linux高性能服务器编程：I/O复用的高级应用二(聊天室程序)服务端解析的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux高性能服务器编程：I/O复用的高级应用二(聊天室程序)服务端解析所遇到的程序开发问题。

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