一、實驗準備

實驗目的：

驗證下列兩個SOCKET應用執行個體

面向連接配接的流式套接字 C/S 例子

非阻塞的多人聊天服務端示例

實驗環境：

Ubuntu、樹莓派

實驗開始前，pc和樹莓派連接配接同一個手機熱點，ubuntu設定為橋接模式。

手機在終端模拟器中執行指令
ip neigh 可以檢視連接配接熱點的裝置ip位址。

二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子

樹莓派我使用putty進行遠端登入，并把 Ubuntu 當做 client ，把樹莓派當做 server。

1.client

在ubuntu中使用指令

nano client.c

建立.c檔案并寫入以下代碼

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

#define PORT "9090"  //the port client will be connecting to
#define MAXDATASIZE 100  //max number of bytes we can get at once

//get sockaddr, IPv4 or IPv6
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sockfd, numbytes;
	char buf[MAXDATASIZE];
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	/*
	typedef struct addrinfo { 
    		int ai_flags;        //AI_PASSIVE,AI_CANONNAME,AI_NUMERICHOST 
    		int ai_family;        //AF_INET,AF_INET6 
    		int ai_socktype;    //SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM 
    		int ai_protocol;    //IPPROTO_IP, IPPROTO_IPV4, IPPROTO_IPV6 etc. 
    		size_t ai_addrlen;            //must be zero or a null pointer 
    		char* ai_canonname;            //must be zero or a null pointer 
    		struct sockaddr* ai_addr;    //must be zero or a null pointer 
    		struct addrinfo* ai_next;    //must be zero or a null pointer 
	}
	其中ai_flags、ai_family、ai_socktype說明如下： 
	參數		取值			值	說明 
	ai_family	AF_INET			2	IPv4 
				AF_INET6		23	IPv6 
				AF_UNSPEC		0	協定無關 
	ai_protocol	IPPROTO_IP		0	IP協定 
				IPPROTO_IPV4    4   IPv4 
		        IPPROTO_IPV6    41  IPv6 
		        IPPROTO_UDP     17  UDP 
		        IPPROTO_TCP     6   TCP 
	ai_socktype SOCK_STREAM     1   流 
                SOCK_DGRAM      2   資料報 
	ai_flags    AI_PASSIVE      1   被動的，用于bind，通常用于server socket 
                AI_CANONNAME    2 
                AI_NUMERICHOST  4   位址為數字串 
	*/
	int rv;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
	//如果指令行參數不等于 2 ，則執行下面的語句
	if(argc != 2)
	{
		fprintf(stderr, "usage:client hostname\n");  //列印錯誤消息
		exit(1);  //退出
	}
	//将hints記憶體的内容置 0
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	//設定協定無關
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	//設定套接為流
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	/*
	int getaddrinfo( const char *hostname, const char *service, 
		const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result );
	參數說明
	hostname:一個主機名或者位址串(IPv4的點分十進制串或者IPv6的16進制串)
	service：服務名可以是十進制的端口号，也可以是已定義的服務名稱，如ftp、http等
	hints：可以是一個空指針，也可以是一個指向某個addrinfo結構體的指針，
		調用者在這個結構中填入關于期望傳回的資訊類型的暗示。
		舉例來說：指定的服務既可支援TCP也可支援UDP，
		是以調用者可以把hints結構中的ai_socktype成員設定成SOCK_DGRAM，
		使得傳回的僅僅是适用于資料報套接口的資訊。
	result：本函數通過result指針參數傳回一個指向addrinfo結構體連結清單的指針。
	傳回值：0——成功，非0——出錯

	getaddrinfo 函數能夠處理名字到位址以及服務到端口這兩種轉換，
		傳回的是一個sockaddr結構的連結清單而不是一個位址清單。
		這些sockaddr結構随後可由套接口函數直接使用。
		如此一來，getaddrinfo函數把協定相關性安全隐藏在這個庫函數内部。
		應用程式隻要處理由getaddrinfo函數填寫的套接口位址結構。
	*/
	if((rv = getaddrinfo(argv[1], PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n",gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	//周遊所有傳回結果并連結到第一個成功連接配接的套接
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		//建立一個套接字
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("client:socket");
			continue;
		}
		//連接配接狀态判斷
		if(connect(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("client:connect");
			continue;
		}
		//如果建立套接字成功且連接配接成功，則退出循環
		break;
	}
	//如果套接口位址為空，則列印結果
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "client:failed to connect\n");
		return 2;
	}
	//inet_ntop 函數可以将 IP 位址在“點分十進制”和“整數”之間轉換
	inet_ntop(p->ai_family, get_in_addr((struct sockaddr*)p->ai_addr), s, sizeof s);
	printf("client:connecting to %s\n",s);
	//freeaddrinfo 函數釋放 getaddriinfo 函數傳回的存儲空間
	freeaddrinfo(servinfo);
	//recv 函數用于判斷緩沖區資料傳輸的狀态，傳輸異常則列印消息比并退出
	if((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE-1, 0)) == -1)
	{
		perror("recv");
		exit(1);
	}
	//将字元數組的最後一位置 \0 ，用于後面一次性輸出
	buf[numbytes] = '\0';
	printf("client:received %s\n",buf);
	close(sockfd);
	return 0;
}

儲存後進行編譯

gcc client.c -o client

【網絡通信】Ubuntu和樹莓派間的SOCKET應用執行個體一、實驗準備二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子三、非阻塞的多人聊天服務端示例四、參考

2.server

在ubuntu中使用指令

nano server.c

建立.c檔案并寫入以下代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

#define PORT "9090"  //the port users will be connecting to
#define BACKLOG 10  //how many pending connections queue will hold

void sigchld_handler(int s)
{
	//Waitpid temporarily stops the execution of the current process until a signal arrives or the child process terminates.
	while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

//get sockaddr, IPv4 or IPv6:
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

int main(void)
{
	int sockfd, new_fd;  //listen on sock_fd,new connection on new_fd
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	struct sockaddr_storage their_addr;  //connector's address information
	socklen_t sin_size;
	//The data type "socklen_t" and int should have the same length. 
	//Otherwise, you break the padding of the BSD socket layer.
	struct sigaction sa;
	//Sigaction is a function that can be used to query or set up signal processing
	int yes = 1;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
	int rv;
	//Set the Hints memory to zero
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	hints.ai_flags = AI_PASSIVE;  //use my IP

	if((rv = getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n", gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	//loop through all the results and bind to the first we can
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("server:socket");
			continue;
		}

		if(setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1)
		{
			perror("setsockopt");
			exit(1);
		}

		if(bind(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("server:bind");
			continue;
		}

		break;
	}
	//If the pointer P is null, an error message is printed
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "server:failed to bind\n");
		return 2;
	}
	//all done with this structure
	freeaddrinfo(servinfo);
	/*
	Leave a socket in the state of listening for incoming connection requests
	If the listening fails, exit
	*/
	if(listen(sockfd, BACKLOG) == -1)
	{
		perror("listen");
		exit(1);
	}

	sa.sa_handler = sigchld_handler;  //reap all dead processes
	sigemptyset(&sa.sa_mask);
	sa.sa_flags = SA_RESTART;
	if(sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1)
	{
		perror("sigaction");
		exit(1);
	}
	printf("server:waiting for connections...\n");
	//main accept() loop
	while(1) 
	{
		sin_size = sizeof their_addr;
		new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&their_addr, &sin_size);
		if(new_fd == -1)
		{
			perror("accept");
			continue;
		}

		inet_ntop(their_addr.ss_family, get_in_addr((struct sockaddr*)&their_addr), s, sizeof s);
		printf("server:got connection from %s\n",s);

		if(!fork())  //this is the child process
		{
			close(sockfd);  //child doesn't need the listener
			if(send(new_fd, "Hello,world!", 13, 0) == -1)
				perror("send");
			close(new_fd);
			exit(0);
		}
		close(new_fd);  //parent doesn't need this
	}
	return 0;
}

儲存後進行編譯編譯

gcc server.c -o server

【網絡通信】Ubuntu和樹莓派間的SOCKET應用執行個體一、實驗準備二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子三、非阻塞的多人聊天服務端示例四、參考

3.示範結果

先運作樹莓派上的伺服器端程式，再運作ubuntu上的用戶端程式

【網絡通信】Ubuntu和樹莓派間的SOCKET應用執行個體一、實驗準備二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子三、非阻塞的多人聊天服務端示例四、參考

三、非阻塞的多人聊天服務端示例

至少準備三個（Ubuntu 或者樹莓派）Linux 系統：一個充當伺服器端，另外兩個充當用戶端（必須連上同一個手機熱點），代碼在下：

非阻塞的多人聊天 server 端，配合改良版 client 使用。

1.server

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

#define PORT "9090"  //port we're listening on
//get sockaddr,IPv4 or IPv6:
//sockaddr 結構體：存儲參與（IP）Windows/linux套接字通信的計算機上的一個internet協定（IP）位址
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
    if(sa->sa_family == AF_INET){
        return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
    }
    return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

int main(void)
{
    fd_set master;  //主檔案描述符清單
    fd_set read_fds;  //select() 的臨時檔案描述符清單
    /*
    當調用 select() 時，由核心根據 IO 狀态修改 fd_set 的内容
    由此來通知執行了 select() 的程序哪一 socket 或檔案發生了可讀或可寫事件
    */
    int fdmax;  //最大檔案描述符
    int listener;  //監聽套接字描述符
    int newfd;  //新接受的套接字描述符
    //sockaddr_storage 結構體：存儲套接字位址資訊
    struct sockaddr_storage remoteaddr;  //用戶端位址
    socklen_t addrlen;//socklen_t 和 int 相同長度的一種類型

    char buf[256];  //用于用戶端資料的緩沖區
    int nbytes;

    int yes=1;  //for setsockopt() SO_REUSEADDR,below
    int i,j,rv;
    char remoteIP[INET_ADDRSTRLEN];

    struct addrinfo hints,*ai,*p;  //位址資訊結構體

    FD_ZERO(&master);  //清除主檔案描述符清單
    FD_ZERO(&read_fds);  //清楚臨時檔案描述符清單

    //給我們一個套接字并綁定它
    memset(&hints, 0, sizeof hints);  //位址資訊置零
    hints.ai_family = AF_UNSPEC;  //AF_UNSPEC（協定無關）
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;  //SOCK_STREAM（流）
    hints.ai_flags = AI_PASSIVE;  //AI_PASSIVE（被動的，用于 bind）
    if((rv = getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &ai)) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "selectserver:%s\n", gai_strerror(rv));
        exit(1);
    }

    //周遊所有的結果
    for(p = ai; p != NULL; p = p->ai_next)
    {
        //建立套接字并指派給 listener 套接字描述符
        listener = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol);
        if(listener < 0)
        {
            continue;
        }
        //setsockope 函數用于任意類型、任意狀态套接字的設定選項
        setsockopt(listener, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int));
        /*
        bind 函數：用于未連接配接的資料報或流類套接口，把一本位址與一套接口捆綁
        在 connect() 或 listen() 調用前使用
        */
        if(bind(listener, p->ai_addr, p->ai_addrlen) < 0)
        {
            close(listener);
            continue;
        }
        break;
    }

    if(p == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "selectserver:failed to bind\n");
        exit(2);
    }

    //到了這裡，意味着伺服器的位址和端口綁定完成，可以釋放 ai 的記憶體
    freeaddrinfo(ai);  

    /*
    listen 函數：建立一個套接口并監聽申請的連接配接.
    參數一：用于辨別一個已捆綁未連接配接套接口的描述符
    參數二：等待連接配接隊列的最大長度（這裡是 10）
    */
    if(listen(listener, 10) == -1)
    {
        perror("listen");
        exit(3);
    }

    //将偵聽器添加到主檔案
    FD_SET(listener, &master);

    //跟蹤最大的檔案描述符
    fdmax = listener;  //到目前為止，是這個

    //主循環
    for(;;)
    {
        read_fds = master;  //将主檔案描述符表複制到臨時檔案描述符表

        /*
        select 函數：确定一個或多個套接口的狀态，如需要則等待。
        原型：int select( int nfds, fd_set FAR* readfds,　fd_set * writefds, 
                         fd_set * exceptfds,　const struct timeval * timeout);
        nfds：是一個整數值，是指集合中所有檔案描述符的範圍，即所有檔案描述符的最大值加1，
              不能錯！在Windows中這個參數的值無所謂，可以設定不正确。
        readfds：（可選）指針，指向一組等待可讀性檢查的套接口。
        writefds：（可選）指針，指向一組等待可寫性檢查的套接口。
        exceptfds：（可選）指針，指向一組等待錯誤檢查的套接口。
        timeout：select()最多等待時間，對阻塞操作則為 NULL。
        */
        if(select(fdmax + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL) == -1)
        {
            perror("select");
            exit(4);
        }

        //運作現有的連接配接，查找要讀取的資料
        for(i = 0; i <= fdmax; i++)
        {
            /*
            宏原型：int FD_ISSET（int fd,fd_set *fdset）
            在調用 selelct() 函數後，用 FD_ISSET 來檢測 fd 在 fdset 集合中的狀态是否變化
            傳回整形，當檢測到 fd 狀态發生變化時傳回真，否則傳回假
            */
            if(FD_ISSET(i, &read_fds))  //得到了一個連接配接
            {
                if(i == listener)//如果新連接配接為最大檔案描述符
                {
                    //處理新連接配接
                    addrlen = sizeof remoteaddr;
                    newfd = accept(listener, (struct sockaddr *)&remoteaddr, &addrlen);

                    if(newfd == -1)
                    {
                        perror("accept");
                    }
                    else
                    {
                        FD_SET(newfd, &master);  //添加到主檔案描述符清單
                        if(newfd > fdmax)  //記錄最大值
                        {
                            fdmax = newfd;
                        }
                        printf("selectserver:new connection from %s on socket %d\n", inet_ntop(remoteaddr.ss_family, get_in_addr((struct sockaddr*)&remoteaddr), remoteIP, INET_ADDRSTRLEN), newfd);
                    }
                }
                else
                {
                    //處理來自用戶端的資料
                    if((nbytes = recv(i, buf, sizeof buf, 0)) <= 0)
                    {
                        //出現錯誤或連接配接被用戶端關閉
                        if(nbytes == 0)
                        {
                            //連接配接關閉了
                            printf("selectserver:socket %d hung up\n", i);
                        }
                        else
                        {
                            perror("recv");
                        }
                        close(i); //關閉
                        FD_CLR(i, &master);  //從主檔案描述符清單中删除
                    }
                    else
                    {
                        //我們從一個客戶那裡得到了一些資料
                        for(j =0; j <= fdmax; j++)
                        {
			    			//發給大家！
                            if(FD_ISSET(j, &master))
                            {
                                //除了監聽器和我們自己
                                if(j != listener && j != i)
                                {
                                    if(send(j, buf, nbytes, 0) == -1)
                                    {
                                        perror("send");
                                    }
                                }
                            }
                        }
                    }
                }  //END handle from client
            }  //END got new incoming connection
        }  //END looping through file descriptors
    }  //END for(;;)--and you thought it would never end!
    return 0;
}

2.client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <syspes.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>

#define PORT "9090"  //the port client will be connecting to
#define MAXDATASIZE 100  //max number of bytes we can get at once

int sockfd, numbytes;
char buf[MAXDATASIZE];

//get sockaddr, IPv4 or IPv6
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

void *recvMag()
{
    while(1)
    {
        if((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE-1, 0)) == -1)
	{
		perror("recv");
		exit(1);
	}
	if(numbytes == 1)
		continue;
	buf[numbytes] = '\0';
	printf("\nreceived：%s\n",buf);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	int rv;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
    pthread_t t1;
    char mag[MAXDATASIZE];

	if(argc != 2)
	{
		fprintf(stderr, "usage:client hostname\n");
		exit(1);
	}
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	if((rv = getaddrinfo(argv[1], PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n",gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("client:socket");
			continue;
		}
		if(connect(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("client:connect");
			continue;
		}
		break;
	}
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "client:failed to connect\n");
		return 2;
	}
	inet_ntop(p->ai_family, get_in_addr((struct sockaddr*)p->ai_addr), s, sizeof s);
	printf("client:connecting to %s\n",s);
	freeaddrinfo(servinfo);

    int err = pthread_create(&t1, NULL, recvMag, NULL);
	if(err != 0)
	{
		printf("receive failed");
		exit(1);
	}
    
	while(1)
	{
        scanf("%s", mag);
        if(send(sockfd, mag, sizeof mag, 0) == -1)
        {
            printf("send failed!\n");
        }
	}
	//close(sockfd);
	return 0;
}

3.示範結果

先編譯執行伺服器端代碼，再編譯執行用戶端的，當想退出程式的時候，按 Ctrl + C 即可退出。

伺服器端：

gcc chatserver.c -o chatserver
./chatserver

1、由于 Linux 沒有 pthread 庫，而用戶端運用到了多線程，使用了 pthread_create 函數，是以編譯的時候需要加上 pthread 庫。

2、執行檔案的時候，後面需要跟上伺服器的 IP 位址作為參數。

用戶端1：

gcc -pthread -o s s.c
./s xxx.xxx.xxx.xxx//伺服器ip

用戶端2：

gcc -pthread -o 1 1.c
./1 xxx.xxx.xxx.xxx//伺服器ip

四、參考

Ubuntu 與樹莓派之間的兩個 socket 應用執行個體：C/S 和多人聊天

【網絡通信】Ubuntu和樹莓派間的SOCKET應用執行個體一、實驗準備二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子三、非阻塞的多人聊天服務端示例四、參考

目錄

一、實驗準備

二、面向連接配接的流式套接字 C/S 例子

1.client

2.server

3.示範結果

三、非阻塞的多人聊天服務端示例

1.server

2.client

3.示範結果

四、參考

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