C语言实现简易client/server网络多人聊天工具

一、C语言实现一个简易的client/server聊天工具

　　在ubuntu平台上，采用c语言实现一个简易的client/server聊天工具，思路是：

　　服务器端：首先创建一个服务器进程，该进程监听客户端的连接，如果收到并建立连接后创建一个线程服务该客户端。该线程负责消息的转发（这里为了方便直接对消息进行广播）。

　　客户端：客户端进程首先创建一个线程用于消息接收处理，然后为用户提供信息输入的交互界面。

　　主要调用栈：

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

• 功能：创建一个新的套接字，返回套接字描述符
• 参数说明：
• domain：域类型，指明使用的协议栈，如TCP/IP使用的是 PF_INET
• type: 指明需要的服务类型, 如
• SOCK_DGRAM: 数据报服务，UDP协议
• SOCK_STREAM: 流服务，TCP协议
• protocol:一般都取0
• 举例：s=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0)

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

• 功能： 同远程服务器建立主动连接，成功时返回0，若连接失败返回－1。
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
• Server_addr:指明远程端点：IP地址和端口号
• sockaddr_len :地址长度

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

• 功能：为套接字指明一个本地端点地址TCP/IP协议使用sockaddr_in结构，包含IP地址和端口号，服务器使用它来指明熟知的端口号，然后等待连接
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
• my_addr:本地地址，IP地址和端口号
• addrlen :地址长度
• 举例：bind(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));

　　int listen(int sockfd,int input_queue_size)

• 功能：
• 面向连接的服务器使用它将一个套接字置为被动模式，并准备接收传入连接。用于服务器，指明某个套接字连接是被动的
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
• input_queue_size:该套接字使用的队列长度,指定在请求队列中允许的最大请求数
• 举例：listen(sockfd,20)

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

• 功能：获取传入连接请求，返回新的连接的套接字描述符。为每个新的连接请求创建了一个新的套接字，服务器只对新的连接使用该套接字，原来的监听套接字接受其他的连接请求。新的连接上传输数据使用新的套接字，使用完毕，服务器将关闭这个套接字。
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符，指明正在监听的套接字
• addr:提出连接请求的主机地址
• addrlen:地址长度
• 举例：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连接上发送数据,返回成功传送数据的长度，出错时返回－1。send会将外发数据复制到OS内核中
• 参数说明：
• sockfd:套接字描述符
• data:指向要发送数据的指针
• data_len:数据长度
• flags:一直为0
• 举例(p50)：send(s,req,strlen(req),0);

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

• 功能：从TCP接收数据,返回实际接收的数据长度，出错时返回－1。服务器使用其接收客户请求，客户使用它接受服务器的应答。如果没有数据，将阻塞，如果收到的数据大于缓存的大小，多余的数据将丢弃。
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符
• Buf:指向内存块的指针
• Buf_len:内存块大小，以字节为单位
• flags:一般为0
• 举例：recv(sockfd,buf,8192,0)

　　close(int sockfd);

• 功能：撤销套接字。如果只有一个进程使用，立即终止连接并撤销该套接字，如果多个进程共享该套接字，将引用数减一，如果引用数降到零，则撤销它。
• 参数说明：
• Sockfd:套接字描述符
• 举例：close(socket_descriptor)

二、服务器端源代码：

#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};//客户端套接字
int count = 0;

void* clientThreadLoop(void* local)
{
    char buf[BUFSIZ];  //数据传送的缓冲区

    //printf("线程启动
");
    int socket_id = *(int *)local;
    while(1)
    {
        memset(buf,0x00,sizeof(buf));
        int len=recv(socket_id,buf,BUFSIZ,0);
        /*接收客户端的数据并将其发送给客户端--recv返回接收到的字节数，send返回发送的字节数*/
        if(len > 0)
        {
            buf[len]='';
            printf("服务器收到消息：%s
",buf);
            for(int i=0;i<count;i++)
            {
                send(client_sockfd[i],buf,len,0);
            }
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int server_sockfd;//服务器端套接字
    int len;
    struct sockaddr_in my_addr;   //服务器网络地址结构体
    struct sockaddr_in remote_addr = {0}; //客户端网络地址结构体
    int sin_size;
    memset(&my_addr,0,sizeof(my_addr)); //数据初始化--清零
    my_addr.sin_family=AF_INET; //设置为IP通信
    my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//服务器IP地址--允许连接到所有本地地址上
    my_addr.sin_port=htons(8000); //服务器端口号
    
    /*创建服务器端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
    if((server_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
    {  
        perror("socket");
        return 1;
    }
 
        /*将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
    if (bind(server_sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
    {
        perror("bind");
        return 1;
    }
    
    /*监听连接请求--监听队列长度为5*/
    listen(server_sockfd,5);
    
    sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1)
    {
        /*等待客户端连接请求到达*/
        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
",inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
        len=send(client_sockfd[count],"Welcome to my server
",21,0);//发送欢迎信息
        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;
}

　　调用accept（）后进程阻塞等待，当连接成功后返回的套接字存入client_sockfd[count]数组，通过调用pthread_create（）创建线程。

三、客户端源代码：

#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]='';
        printf("received:%s
",buffer);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t tid;
    int client_sockfd;
    int len;
    struct sockaddr_in remote_addr; //服务器端网络地址结构体
    char buf[BUFSIZ];  //数据传送的缓冲区
    memset(&remote_addr,0,sizeof(remote_addr)); //数据初始化--清零
    remote_addr.sin_family=AF_INET; //设置为IP通信
    remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");//服务器IP地址
    remote_addr.sin_port=htons(8000); //服务器端口号
    
    /*创建客户端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
    if((client_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
    {
        perror("socket");
        return 1;
    }
    
    /*将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
    if(connect(client_sockfd,(struct sockaddr *)&remote_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
    {
        perror("connect");
        return 1;
    }
    printf("connected to server
");
    len=recv(client_sockfd,buf,BUFSIZ,0);//接收服务器端信息
         buf[len]='';
    printf("%s",buf); //打印服务器端信息
    
    pthread_create(&tid,NULL,recThreadLoop,&client_sockfd);

    /*循环的发送接收信息并打印接收信息--recv返回接收到的字节数，send返回发送的字节数*/
    while(1)
    {
        printf("Enter string to send:
");
        scanf("%s",buf);
        if(!strcmp(buf,"quit"))
            break;
        len=send(client_sockfd,buf,strlen(buf),0);
    }
    close(client_sockfd);//关闭套接字
    return 0;
}

四、浏览器打开一个URL网址进行的步骤如下：

　　在DNS解析阶段，需要用到如下调用栈：

• gethostname　获得主机名
• getpeername　获得与套接口相连的远程协议地址
• getsockname　获得套接口本地协议地址
• gethostbyname　根据主机名取得主机信息
• gethostbyaddr　根据主机地址取得主机信息
• getprotobyname　根据协议名取得主机协议信息
• getprotobynumber　根据协议号取得主机协议信息
• getservbyname　根据服务名取得相关服务信息
• getservbyport　根据端口号取得相关服务信息
• getsockopt/setsockopt　获取/设置一个套接口选项
• ioctlsocket　设置套接口的工作方式

　　获取到域名对应的IP之后便可以开始向服务器请求连接。

五、Socket系统调用

　　Socket系统调用的流程：

　　　　(1)系统调用 –> (2)查找socket –> (3)执行socket的对应操作函数 –> (4)执行传输层协议的对应操作函数；

　　内核源码：

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函数主要由sock_create和sock_map_fd这两个函数完成。