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I/O多路复用服务器编程

一、实验目的

理解I/O多路复用技术的原理。

学会编写基本的单线程并发服务器程序和客户程序。

二、实验平台

ubuntu-8.04操作系统

三、实验内容

采用I/O多路复用技术实现单线程并发服务器,完成使用一个线程处理并发客户请求的功能。

四、实验原理

除了可以采用多进程和多线程方法实现并发服务器之外,还可以采用I/O多路复用技术。通过该技术,系统内核缓冲I/O数据,当某个I/O准备好后,系统通知应用程序该I/O可读或可写,这样应用程序可以马上完成相应的I/O操作,而不需要等待系统完成相应I/O操作,从而应用程序不必因等待I/O操作而阻塞。

与多进程和多线程技术相比,I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小,系统不必创建进程/线程,也不必维护这些进程/线程,从而大大减小了系统的开销。

对于I/O复用典型的应用如下:

(1)当客户处理多个描述字时(一般是交互式输入和网络套接口),必须使用I/O复用。

(2)当一个客户同时处理多个套接口时,而这种情况是可能的,但很少出现。

(3)如果一个TCP服务器既要处理监听套接口,又要处理已连接套接口,一般也要用到I/O复用。

(4)如果一个服务器即要处理TCP,又要处理UDP,一般要使用I/O复用。

(5)如果一个服务器要处理多个服务或多个协议,一般要使用I/O复用。

I/O复用调用select()或poll()函数,并在该函数上阻塞,等待数据报套接口可读;当select()返回可读条件时,调用recvfrom()将数据报拷贝到应用程序缓冲区中,如图8.1所示。

图8.1 I/O多路复用工作过程

select()函数:

select()函数允许进程指示内核等待多个事件中的任意一个发生,并仅在一个或多个事件发生或经过指定的时间时才唤醒进程。这个函数的形式如下:

 

-------------------------------------------------------------------
#include<sys/select.h>

#include<sys/time.h>

intselect(intmaxfdp1,fd_set*readset,fd_set*writeset,fd_set*execepset,conststructtimeval*timeout);

返回:返回值表示所有描述字集中已准备好的描述字个数。如定时到,则返回0;若出错,则返回-1。

-------------------------------------------------------------------
 

在上面的参数中可以看到一个timeval结构,这个结构可以提供秒数和毫秒数成员,形式如下:

structtimeval

{

long tv_sec; /second*/

long tv_usec; /*microsecond*/

}

这个timeval结构有以下3种可能:

(1)永远等待下去:仅在有一个描述字准备好I/O时才返回,因此可以将参数timeout设置为空指针。

(2)等待固定时间:在有一个描述字准备好I/O时返回,但不超过由timeout参数所指timeval结构中指定的秒数和微秒数。

(3)根本不用等待:检查描述字后立即返回,这称为轮询(polling)。

在前两种情况的等待中,如果进程捕获了一个信号并从信号处理程序返回,那么等待一般被中断。

参数readset、writeset和execeptset指定让内核测试读、写、异常条件的描述字。如果我们对它们不感兴趣,可将其设为空指针。

select()函数使用描述字集为参数readset(writeset或exceptset)指定多个描述字,描述字集是一个整数数组,每个数中的每一个对应于一个描述字,例如32位整数,则数组的第一个元素对应于0~31描述字,第二个元素对应于32~63描述字等。

参数readset、writeset、exceptset为值—结果参数,调用select时,指定我们所关心的描述字,返回时结果指示那些描述字已准备好。

参数maxfdp1指定被测试的描述字的个数,它是被测试的最大描述字加1。如要测试1,2,4描述字,则必须测试0,1,2,3,4共5个描述字。

采用select()函数实现I/O多路复用的基本步骤如下:

(1)清空描述符集合;

(2)建立需要监视的描述符与描述符集合的联系;

(3)调用select()函数;

(4)检查所有需要监视的描述符,利用FD_ISSET宏判断是否已经准备好;

(5)对已经准备好的描述符进行I/O操作。

 


五、实验步骤

1、登陆进入ubuntu操作系统,新建一个文件,命名为io.c。

2、在io.c中编写相应代码并保存,作为服务器端程序。客户端程序代码同上次的mproc_client.c一致,博客地址:http://blog.csdn.net/yueguanghaidao/article/details/7060350

3、打开一个“终端”,执行命令进入io.c和mproc_client.c所在目录。

4、执行命令g++ –oioio.c生成可执行文件io。

5、执行命令./io,运行服务器端。

6、打开第2个“终端”,执行命令进入io.c和mproc_client.c所在目录。

7、执行命令./mproc_client127.0.0.1,模拟客户1。

8、打开第3个“终端”,执行命令进入io.c和mproc_client.c所在目录。

9、执行命令./mproc_client127.0.0.1,模拟客户2。

10、程序运行结果如下:

服务器端:

 \
客户1:
\
客户2 :
\
 

11、在客户端按下Ctrl+D,关闭客户连接。

12、认真分析源代码,体会单线程并发服务器程序和客户程序的编写。

六、参考程序(io.c)


#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

#include<netinet/in.h>

#include<arpa/inet.h>

#include<sys/time.h>


#define PORT 1234

#define BACKLOG 5

#define MAXDATASIZE  1000

typedef struct {

int fd;

char  *name;

struct  sockaddr_in   addr;

char *data;

}CLIENT;

void  process_cli(CLIENT  *client, char* recvbuf, int len);

void savedata(char*recvbuf, int len, char* data);

 


main()

{

int i, maxi,maxfd,sockfd;

int nready;

ssize_t  n;

fd_set  rset, allset;

int listenfd,connectfd;

struct sockaddr_in  server;

CLIENT  client[FD_SETSIZE];

char recvbuf[MAXDATASIZE];

socklen_t  sin_size;

 


if ((listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

perror("Creatingsocket failed.");

exit(1);

}

 


int opt =SO_REUSEADDR;

setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

 


bzero(&server,sizeof(server));

server.sin_family=AF_INET;

server.sin_port=htons(PORT);

server.sin_addr.s_addr= htonl (INADDR_ANY);

if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {

perror("Bind()error.");

exit(1);

}

 


if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1){

perror("listen()error\n");

exit(1);

}

 


sin_size=sizeof(struct   sockaddr_in);

maxfd = listenfd;

maxi = -1;

for (i = 0; i <FD_SETSIZE; i++) {

client[i].fd =-1;

}

FD_ZERO(&allset);

FD_SET(listenfd,&allset);

 


while(1)

{

struct sockaddr_in   addr;

rset = allset;

nready =select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);

 


if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) {

if ((connectfd =accept(listenfd,(struct sockaddr *)&addr,&sin_size))==-1) {

perror("accept() error\n");

continue;

}

for (i = 0; i <FD_SETSIZE; i++)

if(client[i].fd < 0) {

client[i].fd = connectfd;

client[i].name = new char[MAXDATASIZE];

client[i].addr = addr;

client[i].data = new char[MAXDATASIZE];

client[i].name[0] = '\0';

client[i].data[0] = '\0';

printf("You got a connection from %s. ",inet_ntoa(client[i].addr.sin_addr) );

break;

}

if (i ==FD_SETSIZE) printf("too many clients\n");

FD_SET(connectfd, &allset);

if (connectfd> maxfd) maxfd = connectfd;

if (i >maxi) maxi = i;

if (--nready<= 0) continue;

}

 


for (i = 0; i <=maxi; i++) {

if ( (sockfd= client[i].fd) < 0) continue;

if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {

if ( (n =recv(sockfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) == 0) {

补充:软件开发 , C++ ,
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