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Socket网络编程--聊天程序(9)

　　这一节应该是聊天程序的最后一节了，现在回顾我们的聊天程序，看起来还有很多功能没有实现，但是不管怎么说，都还是不错的。这一节我们将讲多服务器问题(高大上的说法就是负载问题了。)至于聊天程序的文件发送(也即二进制文件发送例如图片)和单点登陆(就是多加一个数组fd_L[],用来记录是否已经登陆过了。)，这些问题就不讨论了。

　　支持多服务器实现负载问题的聊天程序

　　今天才知道原来我们一直使用的select来处理IO多路复用的这个函数最多只能有1024个连接，因为内部实现里面的数组就是只有1024，多了不行。什么？一个准备上万人用的聊天程序就只能1000个人？怎么可能，作为强大的服务器，肯定还有其他可以解决的办法，系统提供了一个poll和epoll等函数用来处理这个问题。还有一种办法就是创建多进程或多线程，不同的进程和线程中用一个select，就可以实现1024个以上的连接。所以只要判断conn_amount的个数如果大于1024那么就创建一个进程(线程)来继续接收更多的连接。

　　可是我们今天要实现的是多个服务器，其原理跟多进程是一样的。

　　程序的运行是这样的。server2和server3到Server1中注册，表示对应的服务器可以使用，然后就是各个客户端了，首先Client1发送请求通讯连接到Server1，然后由Server1发送一个可以使用的服务器(Server2或Server3)IP地址和端口给Client1，再然后由Client1向获取到的IP和端口的服务器发送连接请求。假如是连接到Server2，就可以建立通讯了。同理Client2，3，4，5都是这样建立到Server2，Server3的连接。这样5个客户端就可以分发到两个服务器了。至于分配的方法，就可以自己定义了，可以是随机分配，或者存到数据库中，如果是存到数据库中的话，那么是不是很像群功能呢？而且群里的人还是固定的。如果像上图，如何使Client1和Client4进行通讯的呢？可以判断Client是否在Server2中，如果不在就由Server2对数据转发到Server3，再由Server3发送到Client4。这样就可以了。

　　不过我们这一节就没有完成那么多的功能，只是实现Client1间接链接到Server2，Client3间接连接到Server2，然后让Client1与Client3通讯。其他的服务器之间通讯就不实现了。

　　好了废话不多说，代码走起。

　　client.c 代码修改如下

  　　...
 15 struct user
 16 {
 　　　　... 
 19 };
 20 
 21 /*下面增加多服务器代码*/
 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 为空");
 39         exit(-1);
 40     }
 41 
 42     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
 43     {
 44         perror("socket 失败");
 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 失败");
 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("从服务器获取到的IP:%s
		端口:%d
",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表示同一进程组的进程
170 
171     return 0;
172 }

　　这次增加了一个结构体Addr用来保存服务器的IP地址和端口号的。命令行参数填写的是super-server的IP地址和端口。然后调用query_addr函数，获取从super-server返回来的当前可用的服务器的IP地址和端口。然后在进行通讯。

　　增加一个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 //保存所有可用的服务器IP地址和端口，flag表示该地址是否可用，因为服务器可能中途断开了。
 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("创建socket失败");
 57         exit(-1);
 58     }
 59 
 60     clientSockaddr.sin_family=AF_INET;
 61     clientSockaddr.sin_port=htons(SERVER_PORT); //super-server默认使用12138作为服务端口
 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 失败");
 70         exit(-1);
 71     }
 72 
 73     //backlog是积压值，对于TCP，通常建立连接时，会有3/4次握手的过程，一个client连接在完成了建立连接的握手过程，而还没有被应用层（应用程序）所响应时，这个连接被置于backlog队列中。当达到backlog队列以满时，client的连接请求会返回超时的错误。
 74     if(listen(sockfd,5)==-1)
 75     {
 76         perror("listen 失败");
 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++)//这里先固定成两个，可以修改成select然后实现动态增加服务器和减少服务器
 88     {
 89         //加入进来的服务器server
 90         if((clientfd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientSockaddr,&sinSize))==-1)
 91         {
 92             perror("accept 失败");
 93             exit(-1);
 94         }
 95 
 96         if((sendSize=recv(clientfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0))!=sizeof(struct Addr))
 97         {
 98             perror("send 失败");
 99             exit(-1);
100         }
101         printf("server发过来的地址 %s:%d
",addr.host,addr.port);
102         addrlist[i].flag=1;
103         strcpy(addrlist[i].addr.host,addr.host);//保存服务器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*//*分配的方法是轮询*/
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("发送给客户端的id=%d 域名/IP:%s  port:%d 
",ilist,addr.host,addr.port);
136 
137         if((clientfd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientSockaddr,&sinSize))==-1)
138         {
139             perror("accept 失败");
140             exit(-1);
141         }
142 
143         if((sendSize=send(clientfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0))!=sizeof(struct Addr))
144         {
145             perror("send 失败");
146             exit(-1);
147         }
148         close(clientfd);
149     }
150 
151     return 0;
152 }

　　在第87行处是使用固定两台服务器server的，这个可以修改成select或poll等进行复用，实时监听是否有新的服务器server到来或者有服务器离开。这个select版本我就不写了，看了之前的博客内容就应该会写，如果还不会那就等Socket网络编程系列的另外一个程序了，由于程序代码越来越多，调试起来比较麻烦，讲解也不太好讲解，所以就准备出新的系列了。还希望多支持啊!╮(╯3╰)╭

　　第120行处，采用的分配服务器的方法是轮询。依靠生成环境的不同这里可以进行修改，比如是随机分配，依靠数据库用户表中的数据选择指定的服务器进行登陆(这个像不像玩游戏时那个分区啊，什么电信一区，网通二区。就是根据数据库判断的)。还有根据用户的IP获取用户所在的城市，然后进行服务器的分配的，以获得最佳连通效果。QQ群等等什么的都是差不多这样吧。我猜的！

　　最后一个代码是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 //根据用户名返回该用户名在fd_A中的位置
 95 //fd=-1,表示没有该用户 //fd>0 正常返回
 96 int fd_ctoa(char fd_C[][32],char *ch)
 97 {
　　　　...
109 }
110 
111 /*下面部分是多服务器增加的代码*/
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 为空");
128         exit(-1);
129     }
130 
131     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
132     {
133         perror("socket 失败");
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 失败");
144         exit(-1);
145     }
146 
147     size=send(sockfd,(char *)&addr,sizeof(struct Addr),0);//传一个Addr信息过去
148 
149     printf("连接到超级主机 %s:%d 上，本地打开地址 %s:%d
",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]
");
183         exit(1);
184     }
185     strcpy(addr.host,argv[3]);//本机的IP或域名
186     addr.port=atoi(argv[4]);//本机的端口
187     server_register(argv[1],atoi(argv[2]),addr);//向super-server发送IP和端口，告诉super-server如果有client来连接，那就请把我的地址告诉它，让它来连接我。
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;//可以减少判断的次数
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++)//最大队列进行判断，优化的话，可以使用链表
292         {
　　　　　　　　　　...
297         }
298 
299         switch(select(max_recvfd+1,&recvfd,NULL,NULL,&timeout))
300         {
              ... ... 
408         }//end-switch
409     }
410     return 0;
411 }

　　虽然我演示的时候所有的操作都是在一台机器上运行的。其实是可以多个机器同时协作运行的。修改185行处的IP就可以实现不同的机器了。

　　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)接下来是程序运行时的截图。由于程序运行过程有点复杂，我们一步一步来。

　　首先，运行super-server ，运行的命令是 ./super-server 默认打开的是12138这个端口进行监听，用于处理服务器和客户端的连接问题。

　　然后就运行两个server程序，运行的命令分别是

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

　　打开两个终端，分别输入，表示连接超级服务器super-server的12138端口，并且自己的服务器使用11111和22222进行监听。

　　运行后三者的截图如下

　　这样就两个服务器启动了，接下来是启动三个客户端，这样就能保证有两个是在同一个服务器中了，三者的运行命令分别如下

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

　　表示连接到超级服务器super-server的12138服务端口，使用用户名密码验证。运行后截图如下

　　从上图可以看到user1和user3是被分配到同一个服务器中去的。超级服务器中也实现了轮询的效果了。

　　最后一步了，就是看看以前写的聊天功能还在不在了

　　嗯，好了，由于client1和client3是在同一个服务器上，所以进行通讯是没有问题的，但是client2不在同一个服务器中，就通讯不了了。实现不同服务器上用户的通讯也不是很难，就是在服务器上增加一个服务器之间的转发功能就可以了。还有一个问题就是程序中为了方便，有很多地方没有进行合法性的判断，而且还有很多很多的BUG。

　　小结：经过9天，实现了一个小小的聊天程序，有群聊功能，私聊功能，用户验证功能，指令系统功能，数据库连接问题，服务器负载问题。虽然内容没有什么高大上，但是对于一个初学者来说，想想就有点小激动。

　　本系列Socket网络编程--聊天程序所有章节传送门如下:

　　所有开发过程中的代码: http://files.cnblogs.com/wunaozai/Socket-Chat.zip

　　因为每一个版本都是上一个版本的修改版，在学习的过程中，如果想知道这一小节增加了什么内容，可以用 vimdiff file1 file2 比较两个文件，就知道修改了哪些内容。

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原文地址：https://www.cnblogs.com/wunaozai/p/3880462.html