Socket網絡編程--聊天程序(9)

本文轉載自查看原文 2014-08-01 10:50 3652 C/ Linux/ Socket系列/ 網絡編程/ Socket

　　這一節應該是聊天程序的最后一節了，現在回顧我們的聊天程序，看起來還有很多功能沒有實現，但是不管怎么說，都還是不錯的。這一節我們將講多服務器問題(高大上的說法就是負載問題了。)至於聊天程序的文件發送(也即二進制文件發送例如圖片)和單點登陸(就是多加一個數組fd_L[],用來記錄是否已經登陸過了。)，這些問題就不討論了。

　　支持多服務器實現負載問題的聊天程序

　　今天才知道原來我們一直使用的select來處理IO多路復用的這個函數最多只能有1024個連接，因為內部實現里面的數組就是只有1024，多了不行。什么？一個准備上萬人用的聊天程序就只能1000個人？怎么可能，作為強大的服務器，肯定還有其他可以解決的辦法，系統提供了一個poll和epoll等函數用來處理這個問題。還有一種辦法就是創建多進程或多線程，不同的進程和線程中用一個select，就可以實現1024個以上的連接。所以只要判斷conn_amount的個數如果大於1024那么就創建一個進程(線程)來繼續接收更多的連接。

　　可是我們今天要實現的是多個服務器，其原理跟多進程是一樣的。

　　程序的運行是這樣的。server2和server3到Server1中注冊，表示對應的服務器可以使用，然后就是各個客戶端了，首先Client1發送請求通訊連接到Server1，然后由Server1發送一個可以使用的服務器(Server2或Server3)IP地址和端口給Client1，再然后由Client1向獲取到的IP和端口的服務器發送連接請求。假如是連接到Server2，就可以建立通訊了。同理Client2，3，4，5都是這樣建立到Server2，Server3的連接。這樣5個客戶端就可以分發到兩個服務器了。至於分配的方法，就可以自己定義了，可以是隨機分配，或者存到數據庫中，如果是存到數據庫中的話，那么是不是很像群功能呢？而且群里的人還是固定的。如果像上圖，如何使Client1和Client4進行通訊的呢？可以判斷Client是否在Server2中，如果不在就由Server2對數據轉發到Server3，再由Server3發送到Client4。這樣就可以了。

　　不過我們這一節就沒有完成那么多的功能，只是實現Client1間接鏈接到Server2，Client3間接連接到Server2，然后讓Client1與Client3通訊。其他的服務器之間通訊就不實現了。

　　好了廢話不多說，代碼走起。

　　client.c 代碼修改如下

  　　...
 15 struct user
 16 {
 　　　　... 
 19 };
 20 
 21 /*下面增加多服務器代碼*/
 22 struct Addr
 23 {
 24     char host[64];
 25     int port;
 26 };
 27 
 28 int query_addr(struct Addr *paddr,char *phost,int port)
 29 {
 30     int sockfd;
 31     struct Addr addr;
 32     struct hostent * host;
 33     struct sockaddr_in servAddr;
 34     int size;
 35     host=gethostbyname(phost);
 36     if(host==NULL)
 37     {
 38         perror("host 為空");
 39         exit(-1);
 40     }
 41 
 42     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
 43     {
 44         perror("socket 失敗");
 45     }
 46 
 47     servAddr.sin_family=AF_INET;
 48     servAddr.sin_port=htons(port);
 49     servAddr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);
 50     bzero(&(servAddr.sin_zero),8);
 51 
 52     if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&servAddr,sizeof(struct sockaddr_in))==-1)
 53     {
 54         perror("connect 失敗");
 55         exit(-1);
 56     }
 57     memset(paddr,0,sizeof(struct Addr));
 58     size=recv(sockfd,(char *)paddr,sizeof(struct Addr),0);
 59 
 60     return 0;
 61 }
 62 
 63 int main(int argc,char *argv[])
 64 {
　　　　...
 74     struct Addr addr;
 75 
 76 
 77     if(argc != 5)
 78     {
 79         perror("use: ./client [hostname] [prot] [username] [password]");
 80         exit(-1);
 81     }
 82     query_addr(&addr,argv[1],atoi(argv[2]));
 83     printf("從服務器獲取到的IP:%s\n\t\t端口:%d\n",addr.host,addr.port);
 84     strcpy(use.name,argv[3]);
 85     strcpy(use.pwd,argv[4]);
 86 
 87     host=gethostbyname(addr.host);
　　　　　...
104     servAddr.sin_family=AF_INET;
105     servAddr.sin_port=htons(addr.port);
106     servAddr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);
107     //servAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
108     bzero(&(servAddr.sin_zero),8);
109 
110     /*connect the socket*/
　　　　　　... ...
168     close(sockfd);
169     //kill(0,SIGKILL);//0表示同一進程組的進程
170 
171     return 0;
172 }

　　這次增加了一個結構體Addr用來保存服務器的IP地址和端口號的。命令行參數填寫的是super-server的IP地址和端口。然后調用query_addr函數，獲取從super-server返回來的當前可用的服務器的IP地址和端口。然后在進行通訊。

　　增加一個super-server.c文件

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <errno.h>
  4 #include <string.h>
  5 #include <netdb.h>
  6 #include <sys/types.h>
  7 #include <sys/socket.h>
  8 #include <sys/time.h>
  9 #include <sys/un.h>
 10 #include <sys/ioctl.h>
 11 #include <sys/wait.h>
 12 #include <sys/select.h>
 13 #include <netinet/in.h>
 14 #include <arpa/inet.h>
 15 #include <unistd.h>
 16 #include <time.h>
 17 
 18 
 19 #define SERVER_PORT 12138
 20 #define BACKLOG 20
 21 #define MAX_CON_NO 10
 22 #define MAX_DATA_SIZE 4096
 23 
 24 #define MAX_ADDR 64
 25 struct Addr
 26 {
 27     char host[64];
 28     int port;
 29 };
 30 
 31 struct AddrList //保存所有可用的服務器IP地址和端口，flag表示該地址是否可用，因為服務器可能中途斷開了。  32 {
 33     int flag;
 34     struct Addr addr;
 35 };
 36 
 37 
 38 int main(int argc,char *argv[])
 39 {
 40     struct sockaddr_in clientSockaddr;
 41     int clientfd;
 42     char sendBuf[MAX_DATA_SIZE];
 43     int sendSize;
 44     int sockfd;
 45     int on;
 46     int sinSize;
 47     struct Addr addr;
 48     struct AddrList addrlist[MAX_ADDR];
 49     int addrlist_count=0;
 50     int i,ilist;
 51 
 52     memset(addrlist,0,sizeof(addrlist));
 53 
 54     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
 55     {
 56         perror("創建socket失敗");
 57         exit(-1);
 58     }
 59 
 60     clientSockaddr.sin_family=AF_INET;
 61     clientSockaddr.sin_port=htons(SERVER_PORT); //super-server默認使用12138作為服務端口  62     clientSockaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
 63     bzero(&(clientSockaddr.sin_zero),8);
 64 
 65     setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));
 66 
 67     if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&clientSockaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1)
 68     {
 69         perror("bind 失敗");
 70         exit(-1);
 71     }
 72 
 73     //backlog是積壓值，對於TCP，通常建立連接時，會有3/4次握手的過程，一個client連接在完成了建立連接的握手過程，而還沒有被應用層（應用程序）所響應時，這個連接被置於backlog隊列中。當達到backlog隊列以滿時，client的連接請求會返回超時的錯誤。
 74     if(listen(sockfd,5)==-1)
 75     {
 76         perror("listen 失敗");
 77         exit(-1);
 78     }
 79 
 80     sinSize=sizeof(clientSockaddr);
 81 
 82     for(i=0;i<MAX_ADDR;i++)
 83     {
 84         addrlist[i].flag=0;
 85     }
 86 
 87     for(i=0;i<2;i++)//這里先固定成兩個，可以修改成select然后實現動態增加服務器和減少服務器
 88     {
 89         //加入進來的服務器server
 90         if((clientfd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientSockaddr,&sinSize))==-1)
 91         {
 92             perror("accept 失敗");
 93             exit(-1);
 94         }
 95 
 96         if((sendSize=recv(clientfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0))!=sizeof(struct Addr))
 97         {
 98             perror("send 失敗");
 99             exit(-1);
100         }
101         printf("server發過來的地址 %s:%d\n",addr.host,addr.port);
102         addrlist[i].flag=1;
103         strcpy(addrlist[i].addr.host,addr.host);//保存服務器ip/端口信息到super-server中 104         addrlist[i].addr.port=addr.port;
105         close(clientfd);
106     }
107     /*
108     addrlist[0].flag=1;
109     addrlist[1].flag=1;
110     strcpy(addrlist[0].addr.host,"localhost");
111     strcpy(addrlist[1].addr.host,"localhost");
112     addrlist[0].addr.port=12137;
113     addrlist[1].addr.port=12139;
114     */
115 
116     ilist=0;
117     i=0;
118     while(1)
119     {
120         /*分配域名/IP和端口*//*分配的方法是輪詢*/
121         i=ilist+1;
122         while(i<MAX_ADDR)
123         {
124             if(addrlist[i].flag!=0)
125             {
126                 ilist=i;
127                 break;
128             }
129             i++;
130             i=i%MAX_ADDR;
131         }
132 
133         strcpy(addr.host,addrlist[ilist].addr.host);
134         addr.port=addrlist[ilist].addr.port;
135         printf("發送給客戶端的id=%d 域名/IP:%s  port:%d \n",ilist,addr.host,addr.port);
136 
137         if((clientfd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientSockaddr,&sinSize))==-1)
138         {
139             perror("accept 失敗");
140             exit(-1);
141         }
142 
143         if((sendSize=send(clientfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0))!=sizeof(struct Addr))
144         {
145             perror("send 失敗");
146             exit(-1);
147         }
148         close(clientfd);
149     }
150 
151     return 0;
152 }

　　在第87行處是使用固定兩台服務器server的，這個可以修改成select或poll等進行復用，實時監聽是否有新的服務器server到來或者有服務器離開。這個select版本我就不寫了，看了之前的博客內容就應該會寫，如果還不會那就等Socket網絡編程系列的另外一個程序了，由於程序代碼越來越多，調試起來比較麻煩，講解也不太好講解，所以就准備出新的系列了。還希望多支持啊!╮(╯3╰)╭

　　第120行處，采用的分配服務器的方法是輪詢。依靠生成環境的不同這里可以進行修改，比如是隨機分配，依靠數據庫用戶表中的數據選擇指定的服務器進行登陸(這個像不像玩游戲時那個分區啊，什么電信一區，網通二區。就是根據數據庫判斷的)。還有根據用戶的IP獲取用戶所在的城市，然后進行服務器的分配的，以獲得最佳連通效果。QQ群等等什么的都是差不多這樣吧。我猜的！

　　最后一個代碼是server.c

  　　...
 25 struct user
 26 {
　　　　...
 29 };
 30 
 31 int MAX(int a,int b)
 32 {
　　　　...
 36 }
 37 
 38 void print_time(char * ch,time_t *now)
 39 {
　　　　...
 43 }
 44 
 45 
 46 int mysql_check_login(struct user su)
 47 {
　　　　　...
 91     return 0;
 92 }
 93 
 94 //根據用戶名返回該用戶名在fd_A中的位置
 95 //fd=-1,表示沒有該用戶 //fd>0 正常返回
 96 int fd_ctoa(char fd_C[][32],char *ch)
 97 {
　　　　...
109 }
110 
111 /*下面部分是多服務器增加的代碼*/
112 struct Addr
113 {
114     char host[64];
115     int port;
116 };
117 
118 int server_register(char *super_server_host,int super_server_port,struct Addr addr)
119 {
120     int sockfd;
121     struct hostent * host;
122     struct sockaddr_in servAddr;
123     int size;
124     host=gethostbyname(super_server_host);
125     if(host==NULL)
126     {
127         perror("host 為空");
128         exit(-1);
129     }
130 
131     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
132     {
133         perror("socket 失敗");
134     }
135 
136     servAddr.sin_family=AF_INET;
137     servAddr.sin_port=htons(super_server_port);
138     servAddr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);
139     bzero(&(servAddr.sin_zero),8);
140 
141     if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&servAddr,sizeof(struct sockaddr_in))==-1)
142     {
143         perror("connect 失敗");
144         exit(-1);
145     }
146 
147     size=send(sockfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0);//傳一個Addr信息過去
148 
149     printf("連接到超級主機 %s:%d 上，本地打開地址 %s:%d\n",super_server_host,super_server_port,addr.host,addr.port);
150 
151     return 0;
152 }
153 
154 
155 
156 int main(int argc,char *argv[])
157 {
　　　　　　...
177     struct Addr addr;
178 
179 
180     if(argc != 5)
181     {
182         printf("usage: ./server [super-server host] [super-server port] [local_host] [local port]\n");
183         exit(1);
184     }
185     strcpy(addr.host,argv[3]);//本機的IP或域名 186     addr.port=atoi(argv[4]);//本機的端口 187     server_register(argv[1],atoi(argv[2]),addr);//向super-server發送IP和端口，告訴super-server如果有client來連接，那就請把我的地址告訴它，讓它來連接我。 188 
　　　　　　...
197     /*init sockaddr_in*/
198     serverSockaddr.sin_family=AF_INET;
199     serverSockaddr.sin_port=htons(atoi(argv[4]));//改一下端口 200     serverSockaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
201     bzero(&(serverSockaddr.sin_zero),8);
202 
203     setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));
　　　　　　... 
234     while(1)
235     {
236         FD_ZERO(&servfd);//清空所有server的fd
237         FD_ZERO(&recvfd);//清空所有client的fd
238         FD_SET(sockfd,&servfd);
239         //timeout.tv_sec=30;//可以減少判斷的次數
240         switch(select(max_servfd+1,&servfd,NULL,NULL,&timeout))
241         {
             ...
289         }
290         //FD_COPY(recvfd,servfd);
291         for(i=0;i<MAX_CON_NO;i++)//最大隊列進行判斷，優化的話，可以使用鏈表
292         {
　　　　　　　　　　...
297         }
298 
299         switch(select(max_recvfd+1,&recvfd,NULL,NULL,&timeout))
300         {
              ... ... 
408         }//end-switch
409     }
410     return 0;
411 }

　　雖然我演示的時候所有的操作都是在一台機器上運行的。其實是可以多個機器同時協作運行的。修改185行處的IP就可以實現不同的機器了。

　　程序的makefile

1 main:
2         gcc client.c -o client
3         gcc server.c `mysql_config --cflags --libs` -o server
4         gcc super-server.c -o super-server

　　(No picture say a JB)接下來是程序運行時的截圖。由於程序運行過程有點復雜，我們一步一步來。

　　首先，運行super-server ，運行的命令是 ./super-server 默認打開的是12138這個端口進行監聽，用於處理服務器和客戶端的連接問題。

　　然后就運行兩個server程序，運行的命令分別是

./server localhost 12138 localhost 11111
./server localhost 12138 localhost 22222

　　打開兩個終端，分別輸入，表示連接超級服務器super-server的12138端口，並且自己的服務器使用11111和22222進行監聽。

　　運行后三者的截圖如下

　　這樣就兩個服務器啟動了，接下來是啟動三個客戶端，這樣就能保證有兩個是在同一個服務器中了，三者的運行命令分別如下

./client loclhost 12138 user1 123456
./client loclhost 12138 user2 123456
./client loclhost 12138 user3 123456

　　表示連接到超級服務器super-server的12138服務端口，使用用戶名密碼驗證。運行后截圖如下

　　從上圖可以看到user1和user3是被分配到同一個服務器中去的。超級服務器中也實現了輪詢的效果了。

　　最后一步了，就是看看以前寫的聊天功能還在不在了

　　嗯，好了，由於client1和client3是在同一個服務器上，所以進行通訊是沒有問題的，但是client2不在同一個服務器中，就通訊不了了。實現不同服務器上用戶的通訊也不是很難，就是在服務器上增加一個服務器之間的轉發功能就可以了。還有一個問題就是程序中為了方便，有很多地方沒有進行合法性的判斷，而且還有很多很多的BUG。

　　小結：經過9天，實現了一個小小的聊天程序，有群聊功能，私聊功能，用戶驗證功能，指令系統功能，數據庫連接問題，服務器負載問題。雖然內容沒有什么高大上，但是對於一個初學者來說，想想就有點小激動。

　　本系列Socket網絡編程--聊天程序所有章節傳送門如下:

　　所有開發過程中的代碼: http://files.cnblogs.com/wunaozai/Socket-Chat.zip

　　因為每一個版本都是上一個版本的修改版，在學習的過程中，如果想知道這一小節增加了什么內容，可以用 vimdiff file1 file2 比較兩個文件，就知道修改了哪些內容。

免責聲明！

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