嵌入式学习-网络-Day04

嵌入式学习-网络-Day04

1.IO多路复用

1.1poll

poll同时检测键盘和鼠标事件

1.2epoll

2.服务器模型

2.1循环服务器模型

2.2并发服务器模型

多进程模型

多线程模型

IO多路复用模型

网络聊天室

项目要求

问题思考

程序流程图

1.IO多路复用

1.1poll

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
   参数：
   struct pollfd *fds
     关心的文件描述符数组struct pollfd fds[N];
   nfds:个数
   timeout： 超时检测
    毫秒级的：如果填1000，1秒
     如果-1，阻塞 struct pollfd {
     int   fd;         /* 检测的文件描述符 */
     short events;     /* 检测事件 */
     short revents;    /* 调用poll函数返回填充的事件，poll函数一旦返回，将对应事件自动填充结构体这个成员。只需要判断这个成员的值就可以确定是否产生事件 */
 };
 事件：     POLLIN ：读事件
           POLLOUT : 写事件
           POLLERR：异常事件

流程

select

poll

1.建立一个文件描述符的表

fd_set线性表

struct pollfd fds[n]结构体数组

2.将关心的文件描述符加到表中

FD_SET(fd,&readfds)

结构体内容填充fds[m].fd= fd

fds[m].events=POLLIN

3. 然后调用一个函数。 select / poll

4. 当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O操作的时候

该函数才返回(阻塞)。

select

poll

5.判断

FD_ISSET

revents==POLLIN

6.相关操作

poll同时检测键盘和鼠标事件

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>int main(int argc, char const *argv[])
{    // 打开文件
    int fd_mouse = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd_mouse < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }    // 1.创建表，创建结构体数组
    struct pollfd fds[100] = {};
    // 2.添加关心的文件描述符
    fds[0].fd = 0;
    fds[0].events = POLLIN;    fds[1].fd = fd_mouse;
    fds[1].events = POLLIN;    int last = 1;
    char buf[128] = {};
    // 3.循环调用poll
    int ret;
    while (1)
    {
        ret = poll(fds, last + 1, -1);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll err");
            return -1;
        }
        // 4.检测是哪一个文件描述符产生事件
        for (int i = 0; i <= last; i++)
        {
            if (fds[i].revents == POLLIN)
            {
                if (fds[i].fd == 0) // 键盘事件
                {
                    fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
                    if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
                        buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
                    printf("key:%s\n", buf);
                }
                else if (fds[i].fd == fd_mouse)
                {
                    ret = read(fd_mouse, buf, sizeof(buf) - 1);
                    buf[ret] = '\0';
                    printf("buf:%s\n", buf);
                }
            }
        }
    }
    close(fd_mouse);
    return 0;
}

特点：

1.优化文件描述符个数的限制;(根据poll函数第一个参数来定，如果监听的事件为1个，则结构体数组元素个数为1，如果想监听100个，那么这个结构体数组的元素个数就为100，由程序员自己来决定)

2.poll被唤醒之后需要重新轮询一遍驱动的poll函数，效率比较低

3.poll不需要重新构造文件描述符表，只需要从用户空间向内核空间拷贝一次数据即可

1.2epoll

特点：

  1. 监听的最大的文件描述符没有个数限制（理论上，取决与你自己的系统）
  2. 异步I/O，Epoll当有事件产生被唤醒之后，文件描述符主动调用callback(回调函数)函数直接拿到唤醒的文件描述符，不需要轮询，效率高
  3. epoll不需要重新构造文件描述符表，只需要从用户空间向内核空间拷贝一次数据即可.

2.服务器模型

2.1循环服务器模型

同一时刻只能响应一个客户端的请求

socket();
bind（）；
listen();
while(1)
{
    accept();
    while(1)
    {    process();//处理
    }
    close();
}

2.2并发服务器模型

同一时刻能响应多个客户端的请求，常用模型：多进程模型、多线程模型、IO多路复用

多进程模型

每来一个客户端连接，开一个子进程来专门处理客户端的数据，实现简单，但是系统开销相对较大，更推荐使用线程模型。

伪代码：

socket();
bind（）；
listen();
while(1)
{
    accept();if(fork()==0)//子进程{ while(1) {process();//处理}close();exit();}else{}}

多进程特点 ：

  1. fork之前的代码被复制，但是不会重新执行一遍；fork之后的代码被复制，并且被再次执行一遍
  2. fork之后两个进程相互独立，子进程拷贝了父进程的所有代码，但是内存空间独立
  3. fork之前打开的文件，fork之后拿到的是同一个文件描述符，操作的是同一个文件指针

例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello world\n");
    int a = 100;
    int fd = open("./poll.c", O_RDONLY);    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0 )
    {
        perror("fork err:");
        return -1;
    }
    else if(pid  == 0)
    {
        char buf[32]="";
        a = 200;
        printf("child:a = %d\n",a);
        read(fd,buf,10);
        printf("buf:%s\n",buf);
        printf("childfd:%d\n",fd);
    }
    else
    {
        sleep(1);
        char buf[32]="";
        printf("father:a=%d\n",a);
        read(fd,buf,10);
        printf("fbuf:%s\n",buf);
        printf("fatherfd:%d\n",fd);
    }
    printf("---------%d\n",a);
    return 0;
}

注意：收到客户端消息后，打印下是来自哪个客户端的数据（来电显示）

使用SIGCHLD来处理子进程结束的信号，信号函数中回收进程资源。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#define N 128
void handler(int arg)
{
    waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("please input %s  port\n", argv[0]);
        return -1;
    }    // 1.创建套接字         协议族    类型    协议
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err:");
        return -1;
    }
    // 2.填充结构体（ipv4）
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // 协议族ipv4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号（网络字节序）
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // ip地址（网络字节序）
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");    socklen_t len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定
    int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
    if (ret < 0)
    {
        perror("bind err:");
        return -1;
    }    // 4.监听
    if (listen(sockfd, 5) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }    signal(SIGCHLD,handler);    while (1)
    {
        // 5.等待连接
        // int acceptfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
        int acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
        if (acceptfd < 0)
        {
            perror("accpet err:");
            return -1;
        }
         printf("acceptfd = %d\n", acceptfd);
        printf("client ip :%s,port:%d\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), ntohs(caddr.sin_port));
        pid_t pid =fork();
        if(pid < 0)
        {
            perror("fork err");
            return -1;
        }
        else if(pid == 0)
        {
            close(sockfd);
            char buf[N]={};
            int ret;
            while(1)
            {
                ret  = recv(acceptfd,buf,N,0);
                if(ret  < 0 )
                {
                    perror("recv err");
                    return -1;
                }
                else if(ret  == 0)
                {
                    printf("client exit\n");
                    break;
                }
                else
                {
                    printf("buf:%s\n",buf);
                }
            }
            exit(-1);
        }
        close(acceptfd);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

多线程模型

每来一个客户端连接，开一个子线程来专门处理客户端的数据，实现简单，占用资源较少，属于使用比较广泛的模型：

伪代码：

socket();
bind();
listen()
while(1)
{
    accept();
    pthread_create();}

多线程实现并发服务器：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>#define N 128void * mythread(void * arg)
{
    int  acceptfd = *(int *)arg;
    char buf[N]={};
    int ret;
    while(1)
    {   
        ret = recv(acceptfd,buf,N,0);
        if(ret < 0)
        {
            perror("recv err:");
            break;
        }
        else if(ret == 0)
        {
            printf("client exit\n");
            close(acceptfd);
            break;
        }
        else
        {
            printf("%d said:%s\n",acceptfd,buf);
        }    }
    pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
     if (argc != 2)
    {
        printf("please input %s  port\n", argv[0]);
        return -1;
    }    // 1.创建套接字         协议族    类型    协议
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err:");
        return -1;
    }
    // 2.填充结构体（ipv4）
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // 协议族ipv4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号（网络字节序）
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // ip地址（网络字节序）
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");    socklen_t len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定
    int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
    if (ret < 0)
    {
        perror("bind err:");
        return -1;
    }    // 4.监听
    if (listen(sockfd, 5) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }    while (1)
    {
        // 5.等待连接
        // int acceptfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
        int acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
        if (acceptfd < 0)
        {
            perror("accpet err:");
            return -1;
        }
        printf("acceptfd = %d\n", acceptfd);
        printf("client ip :%s,port:%d\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), ntohs(caddr.sin_port));
        pthread_t tid;        pthread_create(&tid,NULL,mythread,&acceptfd);
        pthread_detach(tid);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

IO多路复用模型

借助select、poll、epoll机制，将新连接的客户端描述符增加到描述符表中，只需要一个线程即可处理所有的客户端连接，在嵌入式开发中应用广泛，不过代码写起来稍显繁琐。

网络聊天室

项目要求

利用UDP协议，实现一套聊天室软件。服务器端记录客户端的地址，客户端发送消息后，服务器群发给各个客户端软件。

问题思考

  • 客户端会不会知道其它客户端地址？

UDP客户端不会直接互连，所以不会获知其它客户端地址，所有客户端地址存储在服务器端。

  • 有几种消息类型？

登录：服务器存储新的客户端的地址。把某个客户端登录的消息发给其它客户端。

聊天：服务器只需要把某个客户端的聊天消息转发给所有其它客户端。

退出：服务器删除退出客户端的地址，并把退出消息发送给其它客户端。

  • 服务器如何存储客户端的地址？

链表

链表节点结构体：
struct node{struct sockaddr_in addr;struct node *next;
}；消息对应的结构体(同一个协议)
typedef struct msg_t
{int type;//L  M  Q  char name[32];//用户名char text[128];//消息正文
}MSG_t;int memcmp(void *s1,void *s2,int size)
功能：比较两个空间内的值是否完全相同
  • 客户端如何同时处理发送和接收？

客户端不仅需要读取服务器消息，而且需要发送消息。读取需要调用recvfrom，发送需要先调用gets，两个都是阻塞函数。所以必须使用多任务来同时处理，可以使用多进程或者多线程来处理。

程序流程图

客户端

伪代码：

服务器端：//1.创建服务器流程//2.创建空链表//3.循环接受消息//根据消息类型调用函数login:
    1.将登录信息发送给所有已经登录的客户端（链表，sockfd,msg）
    2.将新登录的客户端插入链表（caddr）quit：
    1.将谁退出的信息发送给所有登录的客户端（遍历链表）
    2.将退出的客户端信息删除chat:
    将聊天的内容转发给已经登录的客户端客户端：
1.客户端创建流程
2.登录（输入名字，发送给服务器）login
3.创建子进程（循环接收服务器的信息并打印）chat
4.父进程
    终端输入信息并发送给服务器（注意发送的是否为quit,区分正常消息和退出消息）

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低代码平台的魔力 低代码平台通过图形化用户界面和简化开发流程&#xff0c;让用户无需具备深厚的编程知识也能快速构建应用程序。这种技术不仅加速了应用开发速度&#xff0c;还大幅降低了开发成本和复杂度&#xff0c;适合各种规模的企业。 构建统一待办系统的优势 集中化管…
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itertools模块的combinations很牛

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在 Python 中&#xff0c;combinations 是 itertools 模块提供的一个非常有用的函数&#xff0c;用于生成给定序列的所有可能的组合&#xff08;不考虑顺序&#xff09;。combinations 函数可以生成从长度为 r 的所有子集&#xff0c;其中 r 是一个指定的正整数&#xff0c;表示…
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React中管理state的方式

React中管理state的方式

使用useState 使用useReducer 既然已经有了useState&#xff0c;为什么还需要useReducer呢&#xff1f; 那么useReducer是如何将解决这些问题的呢&#xff1f; reducer是如何更新state的呢&#xff1f; reducer的工作方式非常类似JavaScript中的reduce方法&#xff0c;随着时…
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CSS网页布局综合练习（涵盖大多CSS知识点）

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该综合练习就是为这个学校静态网页设置CSS样式&#xff0c;使其变成下面的模样 其基本骨架代码为&#xff1a; <!DOCTYPE html> <html lang"zh"> <head> <meta charset"UTF-8"> <meta name"viewport" content…
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