一．原理分析：
① ：socket編程介紹
本實驗主要通過socket編程來實現，Socket接口是TCP/IP網絡的API，Socket接口定義了許多函數或例程，可以用它們來開發TCP/IP網絡上的應用程序。Socket將復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。常用的Socket類型有兩種：流式Socket （SOCK_STREAM）和數據報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對於面向連接的TCP服務應用；數據報式Socket是一種無連接的Socket，對應於無連接的UDP服務應用。
顯然，本次實驗使用的是面向連接的流式socket。
在不同的操作系統中，提供的socket也不同：
不同操作系統中的Socket
Windows Socket (Winsock)
Linux Socket (BSD Socket)
套接字socket的含義：
1.套接字是一個通信終結點，它是Socket應用程序用來在網絡上發送或接收數據包的對象
2.套接字具有類型，與正在運行的進程相關聯，並且可以有名稱
3.套接字一般只與使用網際協議組的同一“通信域”中的其他套接字交換數據
② ：Client/server通信模型介紹
本實驗選用Client/server通信模型作為實驗的具體結構。
在客戶/服務器模式中我們將請求服務的一方稱為客戶（client），將提供某種服務的一方稱為服務器（server）
一個服務程序通常在一個眾所周知的地址監聽對服務的請求，也就是說服務進程一直處於休眠狀態，直到一個客戶對這個服務的地址提出了連接請求。在這個時刻，服務程序被“喚醒”並且為客戶提供服務—對客戶的請求作出適當的反應。
客戶機和服務器的運行過程如下：
在實驗一中，客戶機的請求就是：發送給服務器一段沒有處理過的源字符串，要求服務器進行處理
服務器的響應就是：發給客戶機處理過的字符串
③ ：使用socket編程在客戶機和服務器之間建立連接和傳輸數據的流程
給出流程圖：
各個環節使用的代碼會在后面代碼分析時講解
④：linux下基於c++的多線程編程
多線程是多任務處理的一種特殊形式，多任務處理允許讓電腦同時運行兩個或兩個以上的程序。一般情況下，兩種類型的多任務處理：基於進程和基於線程。
· 基於進程的多任務處理是程序的並發執行。
· 基於線程的多任務處理是同一程序的片段的並發執行。
多線程程序包含可以同時運行的兩個或多個部分。這樣的程序中的每個部分稱為一個線程，每個線程定義了一個單獨的執行路徑。
創建線程
下面的程序，可以用它來創建一個 POSIX 線程：
#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
在這里，pthread_create 創建一個新的線程，並讓它可執行。下面是關於參數的說明：
創建線程成功時，函數返回 0，若返回值不為 0 則說明創建線程失敗。
終止線程
使用下面的程序，可以用它來終止一個 POSIX 線程：
#include <pthread.h>
pthread_exit (status)
在這里，pthread_exit 用於顯式地退出一個線程。通常情況下，pthread_exit() 函數是在線程完成工作后無需繼續存在時被調用。
如果 main() 是在它所創建的線程之前結束，並通過 pthread_exit() 退出，那么其他線程將繼續執行。否則，它們將在 main() 結束時自動被終止。
二．實驗流程
本次實驗，我們采用Linux系統作為實驗載體。所以不用額外使用檢查系統協議棧安裝情況。所以大致流程為：
1. 分別創建client.c文件和sever.c文件
2. 使用socket()函數創建服務器端通信套接字
3. 使用bind()函數將創建的套接字與服務器地址綁定
4. 服務器使用listen()函數使服務器套接字做好接收連接請求准備，客戶機使用connect函數發出向服務器建立連接的請求（調用前可以不用bind()端口號，由系統自動完成）
5. 使用accept()接收來自客戶端由connect()函數發出的連接請求
6. 根據連接請求建立連接后，使用send()函數發送數據，或者使用recv()函數接收數據
7. 編寫處理函數，使服務端處理來自客戶段的請求，並進行響應
8. 使用closet()函數關閉套接字（可以先用shutdown()函數先關閉讀寫通道）
9. Gcc c文件形成可執行程序
10. 運行可執行程序查看實驗效果：
實現多線程打開服務器
實現信息交互
三：關鍵代碼分析:
Sever端建立連接后，開啟新線程操作：
int session_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);
if(session_fd < 0)
{
perror("Server Accept Failed:");
// break;
}
char client_addr_res[20];
//char *ptr=inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_addr_res, strlen(client_addr_res));
printf("Get Connected with Client:%s ,the port is :%d Opening a new Thread...\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),client_addr.sin_port);
pthread_t thread_id;
if (pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)(&Data_handle), (void *)(&session_fd)) == -1)
{
fprintf(stderr, "pthread_create error!\n");
break; //break while loop
}
}
在子線程中進行數據處理，即接受客戶端發來的消息，然后驗證是否是“hi”信息，並發送回應
static void Data_handle(void * fd)
{
int session_fd = *((int *)fd);
// recv函數通過描述字讀取數據到字節流，並存儲到地址字符串
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
if (recv(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
perror("Server Recieve Data Failed:");
}
if(strcmp(buffer,"hi")==0)
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
strcpy(buffer, "hello");
if (send(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
printf("Send Failed./n");
}
}
else
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
strcpy(buffer, "i do not understand");
if (send(session_fd, buffer,BUFFER_SIZE , 0) < 0)
{
printf("Send Failed./n");
}
}
close(session_fd);
pthread_exit(NULL); //terminate calling thread!
}
后面附上客戶端和服務端的代碼
client.c
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define SERVER_PORT 8000
#define BUFFER_SIZE 1024
void find_file_name(const char *name,const char *path);
int main()
{
struct sockaddr_in client_addr;
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
client_addr.sin_port = htons(0);
int client_socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_socket_fd < 0)
{
perror("Create Socket Failed:");
exit(1);
}
if (-1 == (bind(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr))))
{
perror("Client Bind Failed:");
exit(1);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 聲明一個服務器端的socket地址結構，並用服務器那邊的IP地址及端口對其進行初始化，用於后面的連接
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
//將點分十進制串轉換成網絡字節序二進制值，此函數對IPv4地址和IPv6地址都能處理。
// 第一個參數可以是AF_INET或AF_INET6：
// 第二個參數是一個指向點分十進制串的指針：
// 第三個參數是一個指向轉換后的網絡字節序的二進制值的指針。
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr) == 0)
{
perror("Server IP Address Error:");
exit(1);
}
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);
// int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// sockfd：第一個參數即為客戶端的socket描述字
// addr：當前客戶端的本地地址，是一個 struct sockaddr_un 類型的變量, 在不同主機中是struct sockaddr_in 類型的變量,
// addrlen：表示本地地址的字節長度
// 返回值 : 成功標志
if (connect(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)
{
perror("Can Not Connect To Server IP:");
exit(0);
}
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
printf("Input the hello on Sever:\t");
scanf("%s", buffer);
//ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
//socket：如果是服務端則是accpet()函數的返回值，客戶端是connect()函數中的第一個參數
// buffer：寫入或者讀取的數據
// len：寫入或者讀取的數據的大小
if (send(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
perror("Send Failed:");
exit(1);
}
while (recv(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0)> 0)
{
printf("from server %s \n", buffer);
if(strcmp(buffer,"hello")==0)
{
printf("get the hello from Sever:\n");
break;}
}
close(client_socket_fd);
return 0;
}
server.c
#include<stdlib.h> #include<pthread.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<arpa/inet.h> #define SERVER_PORT 8000 #define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20 #define BUFFER_SIZE 1024 #define FILE_NAME_MAX_SIZE 512 static void Data_handle(void * sock_fd); int main(void) { //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 聲明並初始化一個服務器端的socket地址結構，sockaddr_in是internet環境下套接字的地址形式 //sockaddr_in（在netinet / in.h中定義）： // struct sockaddr_in { // short int sin_family; /* Address family */ // unsigned short int sin_port; /* Port number */ // struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ // unsigned char sin_zero[8]; /* Same size as struct sockaddr */ //}; //struct in_addr {unsigned long s_addr;}; struct sockaddr_in server_addr; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); //Sa_family: 是地址家族，也成作，協議族，一般都是"AF_XXX"的形式，常用的有 //AF_INET Arpa（TCP / IP） 網絡通信協議 //AF_UNIX UNIX 域協議（文件系統套接字） //AF_ISO ISO標准協議 //AF_NS 施樂網絡體統協議 //AF_IPX Novell IPX 協議 //AF_APPLETALK Appletalk DDS server_addr.sin_family = AF_INET; //htons是將整型變量從主機字節順序轉變成網絡字節順序， 就是整數在地址空間存儲方式變為高位字節存放在內存的低地址處。 //INADDR_ANY：0.0.0.0，泛指本機的意思，也就是表示本機的所有IP，監聽本機所有網卡 server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 創建socket，若成功，返回socket描述符 //1、domain：即協議域，又稱為協議族（family）。AF_INET：TCP/IP協議簇 //2、type：指定socket類型。SOCK_STREAM（常用）字節流套接字 //3、protocol：故名思意，就是指定協議。0：IPPROTO_TCP TCP傳輸協議 int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(server_socket_fd < 0) { perror("Create Socket Failed:"); exit(1); } //int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen); //sock：將要被設置或者獲取選項的套接字。level：選項所在的協議層。 //optname：需要訪問的選項名。optval：對於getsockopt()，指向返回選項值的緩沖。optlen：作為入口參數時，選項值的最大長度。 // 令SO_REUSEADD==true 允許套接口和一個已在使用中的地址捆綁（參見bind()）。 int opt = 1; setsockopt(server_socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); //bind綁定socket和socket地址結構 //三個參數為：socket描述符、協議地址、地址的長度 if(-1 == (bind(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)))) { perror("Server Bind Failed:"); exit(1); } //sockfd：第一個參數即為要監聽的socket描述符 //backlog : 第二個參數為相應socket可以排隊的最大連接個數 //socket()函數創建的socket默認是一個主動類型的，listen函數將socket變為被動類型的，等待客戶的連接請求。 if(-1 == (listen(server_socket_fd, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))) { perror("Server Listen Failed:"); exit(1); } printf("Socket Init Successful! Begin to listen!\n"); /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// while(1) { // 定義客戶端的socket地址結構 struct sockaddr_in client_addr; socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr); //int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //sockfd：第一個參數為服務器的socket描述符 //addr：，第二個參數為指向struct sockaddr *的指針，用於返回客戶端的協議地址 //addrlen：第三個參數為協議地址的長度 //返回值 : 如果accpet成功，那么其返回值是由內核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。 // 接受連接請求，返回一個新的socket(描述符)，這個新socket用於同連接的客戶端通信 // accept函數會把連接到的客戶端信息寫到client_addr中 int session_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length); if(session_fd < 0) { perror("Server Accept Failed:"); // break; } char client_addr_res[20]; //char *ptr=inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_addr_res, strlen(client_addr_res)); printf("Get Connected with Client:%s ,the port is :%d Opening a new Thread...\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),client_addr.sin_port); pthread_t thread_id; if (pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)(&Data_handle), (void *)(&session_fd)) == -1) { fprintf(stderr, "pthread_create error!\n"); break; //break while loop } } // 關閉監聽用的socket close(server_socket_fd); return 0; } static void Data_handle(void * fd) { int session_fd = *((int *)fd); // recv函數通過描述字讀取數據到字節流，並存儲到地址字符串 char buffer[BUFFER_SIZE]; bzero(buffer, BUFFER_SIZE); if (recv(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0) { perror("Server Recieve Data Failed:"); } if(strcmp(buffer,"hi")==0) { bzero(buffer, BUFFER_SIZE); strcpy(buffer, "hello"); if (send(session_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0) { printf("Send Failed./n"); } } else { bzero(buffer, BUFFER_SIZE); strcpy(buffer, "i do not understand"); if (send(session_fd, buffer,BUFFER_SIZE , 0) < 0) { printf("Send Failed./n"); } } close(session_fd); pthread_exit(NULL); //terminate calling thread! }