网站建设中扁平化结构,wordpress加印章插件,找人做网站怎么知道归属人,国外包装设计欣赏网站#x1f387;Linux#xff1a; 博客主页#xff1a;一起去看日落吗分享博主的在Linux中学习到的知识和遇到的问题博主的能力有限#xff0c;出现错误希望大家不吝赐教分享给大家一句我很喜欢的话#xff1a; 看似不起波澜的日复一日#xff0c;一定会在某一天让你看见坚持… Linux 博客主页一起去看日落吗分享博主的在Linux中学习到的知识和遇到的问题博主的能力有限出现错误希望大家不吝赐教分享给大家一句我很喜欢的话 看似不起波澜的日复一日一定会在某一天让你看见坚持的意义祝我们都能在鸡零狗碎里找到闪闪的快乐。 ✨ ⭐️ 目录1. 简单的TCP英译汉服务器✨1.1 简单回顾✨1.2 更改handler方法✨1.3 代码测试2. 地址转换函数✨2.1 字符串IP转整数IP✨2.2 整数IP转字符串IP✨2.3 关于inet_ntoa函数3. TCP协议通讯流程✨3.1 通讯流程总览✨3.2 三次握手的过程✨3.3 数据传输的过程✨3.4 四次挥手的过程4. TCP和UDP对比1. 简单的TCP英译汉服务器
✨1.1 简单回顾
在上一篇博客当中实现了简单的TCP服务器最开始我们实现的是单执行流的TCP服务器之后通过代码测试发现单执行流的TCP服务器无法同时为多个客户端提供服务于是又转而实现了多执行流的TCP服务器。
在实现多执行流的TCP服务器时分别演示了多进程和多线程的实现方式为了进一步优化基于多线程的TCP服务器最终还将线程池接入到了TCP服务器当中。此时访问TCP服务器的各个客户端分别由不同的执行流为其提供服务因此这些客户端能够同时享受服务器提供的服务。
如果想要让这里的TCP服务器处理其他任务只需要修改对应的处理函数即可。对应到最终实现的线程池版本的TCP服务器我们要修改的其实就只是任务类当中的handler方法。下面我们以实现简单的TCP英译汉服务器为例看看更改后我们的TCP服务器能否正常为客户端提供英译汉服务。 ✨1.2 更改handler方法
英译汉TCP服务器要做的就是根据客户端发来的英文单词找到其对应的中文意思然后将该中文意思作为响应数据发给客户端。
之前我们是以回调的方式处理任务的当线程池当中的线程从任务队列中拿出一个任务后会调用该任务对应的Run方法处理该任务而实际在这个Run方法当中会以仿函数的方式调用handler方法因此我们只需更改Handler类当中对()的重载函数即可而其他与通信相关的代码我们一律不用更改。
英译汉时需要根据英文单词找到其对应的中文意思因此我们需要建立一张映射表其中英文单词作为映射表中的键值key而中文意思作为与键值相对应的value这里可以直接使用CSTL容器当中的unordered_map容器。
class Handler
{
public:Handler(){}~Handler(){}void operator()(int sock, std::string client_ip, int client_port){//only for teststd::unordered_mapstd::string, std::string dict;dict.insert(std::make_pair(apple, 苹果));dict.insert(std::make_pair(water, 水));dict.insert(std::make_pair(computer, 电脑));char buffer[1024];std::string value;while (true){ssize_t size read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);if (size 0){ //读取成功buffer[size] \0;std::cout client_ip : client_port # buffer std::endl;std::string key buffer;auto it dict.find(key);if (it ! dict.end()){value it-second;}else{value key;}write(sock, value.c_str(), value.size());}else if (size 0){ //对端关闭连接std::cout client_ip : client_port close! std::endl;break;}else{ //读取失败std::cerr sock read error! std::endl;break;}}close(sock); //归还文件描述符std::cout client_ip : client_port service done! std::endl;}
};说明一下
这里只是测试更改后的服务器能否为客户端提供英译汉服务因此直接将这张映射表定义在了()重载函数当中。初始化这张映射表对应的操作就是建立单词与其中文意思之间的映射关系代码中为了测试只简单建立了三组映射关系。此外初始化映射表的操作应该重新封装出一个初始化函数否则每次为客户端提供英译汉服务时都会重新建立映射关系。如果你自己要实现一个英译汉服务器应该将这张映射表定义为静态保证全局只有一张映射表在启动服务器时就可以对这张映射表进行初始化。可以将中英文对照单独写在一个文件当中在启动服务器时就可以将该文件加载进来建立对应的映射关系。这里我们只是做测试的就不做过多的设计了当服务端在为客户端提供英译汉服务时如果在映射表中不存在对应key值的键值对则服务端会直接将用户发来的数据响应给客户端。 ✨1.3 代码测试
现在这个TCP服务器就能够给客户端提供英译汉的服务了客户端发来的单词如果能够在映射表当中找到那么服务端会将该单词对应发中文意思响应给客户端否则会将客户端发来的单词原封不动的响应给客户端。 注意 这里只是想告诉大家我们可以通过改变这里的handler方法来改变服务器处理任务的逻辑。如果你还想对当前这个英译汉服务器进行完善可以在网上找一找牛津词典对应的文件将其中单词和中文的翻译做出kv的映射关系当服务器启动的时候就可以加载这个文件建立对应的映射关系此时就完成了一个网络版的英译汉服务器。 2. 地址转换函数
✨2.1 字符串IP转整数IP
inet_ntoa函数
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);参数说明
cp待转换的字符串IP。inp转换后的整数IP这是一个输出型参数。
返回值说明
如果转换成功则返回一个非零值如果输入的地址不正确则返回零值。 inet_addr函数
in_addr_t inet_addr(const char *cp);参数说明
cp待转换的字符串IP。
返回值说明
如果输入的地址有效则返回转换后的整数IP如果输入的地址无效则返回INADDR_NONE通常为-1。 inet_pton函数
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);参数说明
af协议家族。src待转换的字符串IP。dst转换后的整数IP这是一个输出型参数。
返回值说明
如果转换成功则返回1。如果输入的字符串IP无效则返回0。如果输入的协议家族af无效则返回-1并将errno设置为EAFNOSUPPORT。 ✨2.2 整数IP转字符串IP
inet_ntoa函数
参数说明
in待转换的整数IP。
返回值说明
返回转换后的字符串IP。 inet_ntop函数
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);参数说明
af协议家族。src待转换的整数IP。dst转换后的字符串IP这是一个输出型参数。size用于指明dst中可用的字节数。
返回值说明
如果转换成功则返回一个指向dst的非空指针如果转换失败则返回NULL。
说明一下
我们最常用的两个转换函数是inet_addr和inet_ntoa因为这两个函数足够简单。这两个函数的参数就是需要转换的字符串IP或整数IP而这两个函数的返回值就是对应的整数IP和字符串IP。其中inet_pton和inet_ntop函数不仅可以转换IPv4的in_addr还可以转换IPv6的in6_addr因此这两个函数中对应的参数类型是void*。实际这些转换函数都是为了满足某些打印场景的除此之外更多的是用来做某些数据分析比如网络安全方面的数据分析。 ✨2.3 关于inet_ntoa函数
inet_ntoa函数可以将四字节的整数IP转换成字符串IP其中该函数返回的这个转换后的字符串IP是存储在静态存储区的不需要调用者手动进行释放但如果我们多次调用inet_ntoa函数此时就会出现数据覆盖的问题。
如果需要多次调用inet_ntoa函数那么就要及时保存inet_ntoa的转换结果。
并发场景下的inet_ntoa函数
inet_ntoa函数内部只在静态存储区申请了一块区域用于存储转换后的字符串IP那么在线程场景下这块区域就叫做临界区多线程在不加锁的情况下同时访问临界区必然会出现异常情况。并且在APUE中也明确提出inet_ntoa不是线程安全的函数。
#include iostream
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include pthread.h
#include unistd.hvoid* Func1(void* arg)
{struct sockaddr_in* p (struct sockaddr_in*)arg;while (1){char* ptr1 inet_ntoa(p-sin_addr);std::cout ptr1: ptr1 std::endl;sleep(1);}
}
void* Func2(void* arg)
{struct sockaddr_in* p (struct sockaddr_in*)arg;while (1){char* ptr2 inet_ntoa(p-sin_addr);std::cout ptr2: ptr2 std::endl;sleep(1);}
}
int main()
{struct sockaddr_in addr1;struct sockaddr_in addr2;addr1.sin_addr.s_addr 0;addr2.sin_addr.s_addr 0xffffffff;pthread_t tid1 0;pthread_create(tid1, nullptr, Func1, addr1);pthread_t tid2 0;pthread_create(tid2, nullptr, Func2, addr2);pthread_join(tid1, nullptr);pthread_join(tid2, nullptr);return 0;
}但是实际在centos7上测试时在多线程场景下调用inet_ntoa函数并没有出现问题可能是该函数内部的实现加了互斥锁这就跟接口本身的设计也是有关系的。
鉴于此在多线程环境下更加推荐使用inet_ntop函数进行转换因为该函数是由调用者自己提供缓冲区保存转换结果的可以规避线程安全的问题。 3. TCP协议通讯流程
✨3.1 通讯流程总览
下图是基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程
下面我们结合TCP协议的通信流程来初步认识一下三次握手和四次挥手以及建立连接和断开连接与各个网络接口之间的对应关系。
✨3.2 三次握手的过程 初始化服务器
当服务器完成套接字创建、绑定以及监听的初始化动作之后就可以调用accept函数阻塞等待客户端发起请求连接了。
服务器初始化
调用socket创建文件描述符。调用bind将当前的文件描述符和IP/PORT绑定在一起如果这个端口已经被其他进程占用了就会bind失败。调用listen声明当前这个文件描述符作为一个服务器的文件描述符为后面的accept做好准备。调用accept并阻塞等待客户端连接到来。
建立连接
而客户端在完成套接字创建后就会在合适的时候通过connect函数向服务器发起连接请求而客户端在connect的时候本质是通过某种方式向服务器三次握手因此connect的作用实际就是触发三次握手。
建立连接的过程
调用socket创建文件描述符。调用connect向服务器发起连接请求。connect会发出SYN段并阻塞等待服务器应答第一次。服务器收到客户端的SYN会应答一个SYN-ACK段表示“同意建立连接”第二次。客户端收到SYN-ACK后会从connect返回同时应答一个ACK段第三次。
这个建立连接的过程通常称为三次握手。
需要注意的是连接并不是立马建立成功的由于TCP属于传输层协议因此在建立连接时双方的操作系统会自主进行三次协商最后连接才会建立成功。
✨3.3 数据传输的过程 数据交互
连接一旦建立成功并且被accept获取上来后此时客户端和服务器就可以进行数据交互了。需要注意的是连接建立和连接被拿到用户层是两码事accept函数实际不参与三次握手这个过程因为三次握手本身就是底层TCP所做的工作。accept要做的只是将底层已经建立好的连接拿到用户层如果底层没有建立好的连接那么accept函数就会阻塞住直到有建立好的连接。
而双方在进行数据交互时使用的实际就是read和write其中write就叫做写数据read就叫做读数据。write的任务就是把用户数据拷贝到操作系统而拷贝过去的数据何时发以及发多少就是由TCP决定的。而read的任务就是把数据从内核读到用户。
数据传输的过程“
建立连接后TCP协议提供全双工的通信服务所谓全双工的意思是在同一条连接中同一时刻通信双方可以同时写数据相对的概念叫做半双工同一条连接在同一时刻只能由一方来写数据。服务器从accept返回后立刻调用read读socket就像读管道一样如果没有数据到达就阻塞等待。这时客户端调用write发送请求给服务器服务器收到后从read返回对客户端的请求进行处理在此期间客户端调用read阻塞等待服务器端应答。服务器调用write将处理的结果发回给客户端再次调用read阻塞等待下一条请求。 客户端收到后从read返回发送下一条请求如此循环下去。 ✨3.4 四次挥手的过程 端口连接
当双方通信结束之后需要通过四次挥手的方案使双方断开连接当客户端调用close关闭连接后服务器最终也会关闭对应的连接。而其中一次close就对应两次挥手因此一对close最终对应的就是四次挥手。
断开连接的过程
如果客户端没有更多的请求了就调用close关闭连接客户端会向服务器发送FIN段第一次。此时服务器收到FIN后会回应一个ACK同时read会返回0第二次。read返回之后服务器就知道客户端关闭了连接也调用close关闭连接这个时候服务器会向客户端发送一个FIN第三次。客户端收到FIN再返回一个ACK给服务器第四次。
这个断开连接的过程通常称为四次挥手。
注意通讯流程与socket API之间的对应关系
在学习socket API时要注意应用程序和TCP协议是如何交互的
应用程序调用某个socket函数时TCP协议层完成什么动作比如调用connect会发出SYN段。应用程序如何知道TCP协议层的状态变化比如从某个阻塞的socket函数返回就表明TCP协议收到了某些段再比如read返回0就表明收到了FIN段。
为什么要断开连接
建立连接本质上是为了保证通信双方都有专属的连接这样我们就可以加入很多的传输策略从而保证数据传输的可靠性。但如果双方通信结束后不断开对应的连接那么系统的资源就会越来越少。
因为服务器是会收到大量连接的操作系统必须要对这些连接进行管理在管理连接时我们需要“先描述再组织”。因此当一个连接建立后在服务端就会为该连接维护对应的数据结构并且会将这些连接的数据结构组织起来此时操作系统对连接的管理就变成了对链表的增删查改。
如果一个连接建立后不断开那么操作系统就需要一直为其维护对应的数据结构而维护这个数据结构是需要花费时间和空间的因此当双方通信结束后就应该将这个连接断开避免系统资源的浪费这其实就是TCP比UDP更复杂的原因之一因为TCP需要对连接进行管理。 4. TCP和UDP对比
可靠传输 vs 不可靠传输有连接 vs 无连接字节流 vs 数据报
