C語言實現簡易client/server網絡多人聊天工具

一、C語言實現一個簡易的client/server聊天工具

　　在ubuntu平台上，采用c語言實現一個簡易的client/server聊天工具，思路是：

　　服務器端：首先創建一個服務器進程，該進程監聽客戶端的連接，如果收到並建立連接后創建一個線程服務該客戶端。該線程負責消息的轉發（這里為了方便直接對消息進行廣播）。

　　客戶端：客戶端進程首先創建一個線程用於消息接收處理，然后為用戶提供信息輸入的交互界面。

　　主要調用棧：

　　int socket( int domain, int type, int protocol)

• 功能：創建一個新的套接字，返回套接字描述符
• 參數說明：
• domain：域類型，指明使用的協議棧，如TCP/IP使用的是 PF_INET
• type: 指明需要的服務類型, 如
• SOCK_DGRAM: 數據報服務，UDP協議
• SOCK_STREAM: 流服務，TCP協議
• protocol:一般都取0
• 舉例：s=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0)

　　int connect（int sockfd,struct sockaddr *server_addr,int sockaddr_len）

• 功能： 同遠程服務器建立主動連接，成功時返回0，若連接失敗返回－1。
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符，指明創建連接的套接字
• Server_addr:指明遠程端點：IP地址和端口號
• sockaddr_len :地址長度

　　int bind(int sockfd,struct sockaddr * my_addr,int addrlen)

• 功能：為套接字指明一個本地端點地址TCP/IP協議使用sockaddr_in結構，包含IP地址和端口號，服務器使用它來指明熟知的端口號，然后等待連接
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符，指明創建連接的套接字
• my_addr:本地地址，IP地址和端口號
• addrlen :地址長度
• 舉例：bind(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));

　　int listen(int sockfd,int input_queue_size)

• 功能：
• 面向連接的服務器使用它將一個套接字置為被動模式，並准備接收傳入連接。用於服務器，指明某個套接字連接是被動的
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符，指明創建連接的套接字
• input_queue_size:該套接字使用的隊列長度,指定在請求隊列中允許的最大請求數
• 舉例：listen(sockfd,20)

　　int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

• 功能：獲取傳入連接請求，返回新的連接的套接字描述符。為每個新的連接請求創建了一個新的套接字，服務器只對新的連接使用該套接字，原來的監聽套接字接受其他的連接請求。新的連接上傳輸數據使用新的套接字，使用完畢，服務器將關閉這個套接字。
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符，指明正在監聽的套接字
• addr:提出連接請求的主機地址
• addrlen:地址長度
• 舉例：new_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&address, &addrlen);

　　int send(int sockfd, const void * data, int data_len, unsigned int flags)

• 功能：在TCP連接上發送數據,返回成功傳送數據的長度，出錯時返回－1。send會將外發數據復制到OS內核中
• 參數說明：
• sockfd:套接字描述符
• data:指向要發送數據的指針
• data_len:數據長度
• flags:一直為0
• 舉例(p50)：send(s,req,strlen(req),0);

　　int recv(int sockfd, void *buf, int buf_len,unsigned int flags);

• 功能：從TCP接收數據,返回實際接收的數據長度，出錯時返回－1。服務器使用其接收客戶請求，客戶使用它接受服務器的應答。如果沒有數據，將阻塞，如果收到的數據大於緩存的大小，多余的數據將丟棄。
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符
• Buf:指向內存塊的指針
• Buf_len:內存塊大小，以字節為單位
• flags:一般為0
• 舉例：recv(sockfd,buf,8192,0)

　　close(int sockfd);

• 功能：撤銷套接字。如果只有一個進程使用，立即終止連接並撤銷該套接字，如果多個進程共享該套接字，將引用數減一，如果引用數降到零，則撤銷它。
• 參數說明：
• Sockfd:套接字描述符
• 舉例：close(socket_descriptor)

 

二、服務器端源代碼：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h> 

int client_sockfd[100] = {0};//客戶端套接字
int count = 0;

void* clientThreadLoop(void* local)
{
    char buf[BUFSIZ];  //數據傳送的緩沖區

    //printf("線程啟動\n");
    int socket_id = *(int *)local;
    while(1)
    {
        memset(buf,0x00,sizeof(buf));
        int len=recv(socket_id,buf,BUFSIZ,0);
        /*接收客戶端的數據並將其發送給客戶端--recv返回接收到的字節數，send返回發送的字節數*/
        if(len > 0)
        {
            buf[len]='\0';
            printf("服務器收到消息：%s\n",buf);
            for(int i=0;i<count;i++)
            {
                send(client_sockfd[i],buf,len,0);
            }
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int server_sockfd;//服務器端套接字
    int len;
    struct sockaddr_in my_addr;   //服務器網絡地址結構體
    struct sockaddr_in remote_addr = {0}; //客戶端網絡地址結構體
    int sin_size;
    memset(&my_addr,0,sizeof(my_addr)); //數據初始化--清零
    my_addr.sin_family=AF_INET; //設置為IP通信
    my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//服務器IP地址--允許連接到所有本地地址上
    my_addr.sin_port=htons(8000); //服務器端口號
    
    /*創建服務器端套接字--IPv4協議，面向連接通信，TCP協議*/
    if((server_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
    {  
        perror("socket");
        return 1;
    }
 
        /*將套接字綁定到服務器的網絡地址上*/
    if (bind(server_sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
    {
        perror("bind");
        return 1;
    }
    
    /*監聽連接請求--監聽隊列長度為5*/
    listen(server_sockfd,5);
    
    sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1)
    {
        /*等待客戶端連接請求到達*/
        if((client_sockfd[count]=accept(server_sockfd,(struct sockaddr *)&remote_addr,&sin_size))<0)
        {
            perror("accept");
            return 1;
        }
        pthread_t tid;
        printf("accept client %s\n",inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
        len=send(client_sockfd[count],"Welcome to my server\n",21,0);//發送歡迎信息
        pthread_create(&tid,NULL,clientThreadLoop,&client_sockfd[count]);
        count++;
    }

    for(int j=0;j<count;j++)
        close(client_sockfd[j]);
    close(server_sockfd);
    return 0;
}

　　調用accept（）后進程阻塞等待，當連接成功后返回的套接字存入client_sockfd[count]數組，通過調用pthread_create（）創建線程。

 

三、客戶端源代碼：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h> 

void* recThreadLoop(void* id)
{
    char buffer[BUFSIZ];
    int cur_id = *(int *)id;
    while(1)
    {
        memset(buffer,0x00,sizeof(buffer));
        int len=recv(cur_id,buffer,BUFSIZ,0);
        buffer[len]='\0';
        printf("received:%s\n",buffer);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t tid;
    int client_sockfd;
    int len;
    struct sockaddr_in remote_addr; //服務器端網絡地址結構體
    char buf[BUFSIZ];  //數據傳送的緩沖區
    memset(&remote_addr,0,sizeof(remote_addr)); //數據初始化--清零
    remote_addr.sin_family=AF_INET; //設置為IP通信
    remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");//服務器IP地址
    remote_addr.sin_port=htons(8000); //服務器端口號
    
    /*創建客戶端套接字--IPv4協議，面向連接通信，TCP協議*/
    if((client_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
    {
        perror("socket");
        return 1;
    }
    
    /*將套接字綁定到服務器的網絡地址上*/
    if(connect(client_sockfd,(struct sockaddr *)&remote_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
    {
        perror("connect");
        return 1;
    }
    printf("connected to server\n");
    len=recv(client_sockfd,buf,BUFSIZ,0);//接收服務器端信息
         buf[len]='\0';
    printf("%s",buf); //打印服務器端信息
    
    pthread_create(&tid,NULL,recThreadLoop,&client_sockfd);

    /*循環的發送接收信息並打印接收信息--recv返回接收到的字節數，send返回發送的字節數*/
    while(1)
    {
        printf("Enter string to send:\n");
        scanf("%s",buf);
        if(!strcmp(buf,"quit"))
            break;
        len=send(client_sockfd,buf,strlen(buf),0);
    }
    close(client_sockfd);//關閉套接字
    return 0;
}

 

四、瀏覽器打開一個URL網址進行的步驟如下：

　　在DNS解析階段，需要用到如下調用棧：

• gethostname　獲得主機名
• getpeername　獲得與套接口相連的遠程協議地址
• getsockname　獲得套接口本地協議地址
• gethostbyname　根據主機名取得主機信息
• gethostbyaddr　根據主機地址取得主機信息
• getprotobyname　根據協議名取得主機協議信息
• getprotobynumber　根據協議號取得主機協議信息
• getservbyname　根據服務名取得相關服務信息
• getservbyport　根據端口號取得相關服務信息
• getsockopt/setsockopt　獲取/設置一個套接口選項
• ioctlsocket　設置套接口的工作方式

　　獲取到域名對應的IP之后便可以開始向服務器請求連接。

五、Socket系統調用

　　Socket系統調用的流程：

　　　　(1)系統調用 –> (2)查找socket –> (3)執行socket的對應操作函數 –> (4)執行傳輸層協議的對應操作函數；

　　內核源碼：

SYSCALL_DEFINE3(socket, int, family, int, type, int, protocol)
{
    int retval;
    struct socket *sock;
    int flags;

...
    retval = sock_create(family, type, protocol, &sock);
    if (retval < 0)
        goto out;

    retval = sock_map_fd(sock, flags & (O_CLOEXEC | O_NONBLOCK));
    if (retval < 0)
        goto out_release;

out:
    /* It may be already another descriptor 8) Not kernel problem. */
    return retval;

out_release:
    sock_release(sock);
    return retval;
}

　　可以看到socket函數主要由sock_create和sock_map_fd這兩個函數完成。