Linux网络编程5——使用UDP协议实现群聊

引言

本文实现的功能类似于我之前所写的一篇博文（Linux之select系统调用_2），区别在于进程之间的通信方式有所不同。之前的文章中，我所使用的是管道，而本文我将会使用socket接口。

需求

客户端发送消息给服务器，服务器收到消息后，会转发该消息给所有客户端。

思路

1. server端维护一个链表，用于存放客户端的联系方式。结构如下：

typedef struct sockaddr_in SA ;

typedef struct client_tag
{
    SA ct_addr;
    struct client_tag* ct_next;
}CNODE, *pcNODE;

2. 服务器创建一个socket端口，用于接收客户端发送的消息。消息类别分为：通知上线，通知下线，以及聊天信息。因为消息类别不同，我们使用结构体将客户端发送的消息进行如下封装：

#define TYPE_ON   1
#define TYPE_OFF  2
#define TYPE_CHAT 3

#define SIZE 1024

typedef struct msg_tag
{
    int  msg_type;
    int  msg_len;  /* 实际消息长度 */
    char msg_buf[SIZE];
}MSG, *pMSG;

注意，服务器所创建的socket端口需要绑定自己的联系方式，以便其他客户端可以发消息(sendto函数)给服务器。

3. 服务器使用select轮询函数监听自己的socket端口。当返回值为0（轮询时间内没有客户端发消息）或者-1（收到信号，出错）时，继续轮询；当返回值为1时，说明有客户端发送消息。我们可以从recvfrom函数的传出参数中获取客户端的联系方式，此时根据收到的MSG类型，进行处理。如果MSG类型为上线，则将该客户端的联系方式加入链表；如果MSG类型为下线，则将其从链表中删除；如果MSG类型为聊天信息，则服务器将其转发给所有客户端。

代码

server端

/*************************************************************************
    > File Name: my_server.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:zhoujx0219@163.com
    > Created Time: Fri 29 Aug 2014 04:21:51 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#define TYPE_ON   1
#define TYPE_OFF  2
#define TYPE_CHAT 3
#define SIZE 1024
typedef struct sockaddr_in SA ;
typedef struct msg_tag
{
    int msg_type ;
    int msg_len;
    char msg_buf[SIZE] ;
}MSG, *pMSG;
typedef struct client_tag
{
    SA ct_addr ;
    struct client_tag* ct_next ;
}CNODE, *pCNODE;

void msg_broadcast(int sockfd, char* msg, pCNODE phead)
{
    int n ;
    while(phead)
    {
        n = sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr*)&phead -> ct_addr, sizeof(SA) );

        printf("%d: %s : %d \n", n, inet_ntoa(phead -> ct_addr.sin_addr), ntohs(phead -> ct_addr.sin_port));
        phead = phead -> ct_next ;
    }
}

void list_insert(pCNODE * phead, pCNODE p)
{
    p ->ct_next = *phead ;
    *phead = p ;
}

void list_delete(pCNODE* phead, SA* p)
{
    pCNODE pCur, pPre ;
    pPre = NULL ;
    pCur = *phead ;
    while(pCur)
    {
        if(pCur -> ct_addr.sin_port == p ->sin_port && pCur ->ct_addr.sin_addr.s_addr ==p ->sin_addr.s_addr )
        {
            break ;
        }else
        {
            pPre = pCur ;
            pCur = pCur -> ct_next ;
        }
    }
    if(pPre == NULL)
    {
        *phead = pCur -> ct_next ;
        free(pCur);
        pCur = NULL ;
    }else
    {
        pPre -> ct_next = pCur -> ct_next ;
        free(pCur);
        pCur = NULL ;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])// EXE CONF
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("USAGE: EXE CONF ! \n");
        exit(1);
    }
    pCNODE my_list = NULL ;
    /* 创建服务器socket端口 */
    int fd_server ;
    if((fd_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    /* 从配置文件中读取服务器联系方式，以便绑定到socket端口 */
    FILE* fp_conf ;
    fp_conf = fopen(argv[1], "r");
    if(fp_conf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        exit(1);
    }
    char server_ip[32]="";
    int server_port ;
    fscanf(fp_conf,"%s%d",server_ip, &server_port);
    fclose(fp_conf);
    /* 绑定服务器socket端口的联系方式 */
    SA server_addr ;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(SA));
    server_addr.sin_family = AF_INET ;
    server_addr.sin_port = htons(server_port);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);
    if(-1 ==bind(fd_server, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(SA)))
    {
        perror("bind");
        close(fd_server);
        exit(1);
    }
    /* 设置select参数：监听集合以及轮询时间 */
    fd_set readset, readyset ;
    FD_ZERO(&readset);
    FD_ZERO(&readyset);
    FD_SET(fd_server, &readset);
    struct timeval tm ;

    /* 进入轮询 */
    int select_ret ;
    while(1)
    {
        readyset = readset ;
        tm.tv_sec = 0 ;
        tm.tv_usec = 1000 ;
        select_ret = select(fd_server + 1, &readyset, NULL, NULL, &tm);
        if(select_ret == 0)
        {
            continue ;
        }else if(select_ret == -1)
        {
            continue ;
        }else if(select_ret == 1)
        {
            pCNODE pNew = (pCNODE)calloc(1, sizeof(CNODE));
            int len = sizeof(SA);
            char info[1024];
            MSG my_msg ;
            memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG));
            recvfrom(fd_server,&my_msg,sizeof(my_msg), 0, (struct sockaddr*)&(pNew ->ct_addr), &len);
                if(my_msg.msg_type == TYPE_ON)//on
                {
                    list_insert(&my_list, pNew );
                    printf("%s:%d on! \n",inet_ntoa(pNew ->ct_addr.sin_addr), ntohs(pNew ->ct_addr.sin_port));

                }else if(my_msg.msg_type == TYPE_OFF)// off
                {
                    list_delete(&my_list, &(pNew -> ct_addr) );
                    printf("%s:%d off! \n",inet_ntoa(pNew ->ct_addr.sin_addr), ntohs(pNew ->ct_addr.sin_port));
                    //kris add: 当客户端通知下线时，发送一条空消息给客户端，这样可以使对方孙子的recvfrom返回值为0
                    //从而可以退出循环，退出进程
                    sendto(fd_server,"",0,0,(struct sockaddr*)&(pNew->ct_addr),sizeof(SA));
                }else //send
                {
                    printf("chat msg ! \n");
                    memset(info, 0, 1024);
                    sprintf(info,"\tfrom %s:%5d:\n%s\n",inet_ntoa(pNew ->ct_addr.sin_addr), ntohs(pNew ->ct_addr.sin_port),my_msg.msg_buf);
                    puts(info);
                    msg_broadcast(fd_server, info, my_list);
                }
        }
    }

    return 0 ;
}

client端

/*************************************************************************
  > File Name: my_client.c
  > Author: KrisChou
  > Mail:zhoujx0219@163.com
  > Created Time: Fri 29 Aug 2014 05:20:20 PM CST
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr* pSA ;
typedef struct sockaddr_in SA ;
#define TYPE_ON 1
#define TYPE_OFF 2
#define TYPE_CHAT 3
#define SIZE 1024

/* 将消息封装成结构体 */
typedef struct msg_tag
{
    int msg_type ;
    int msg_len;
    char msg_buf[SIZE] ;
}MSG, *pMSG;

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("USAGE: EXE CONF ! \n");
        exit(1);
    }
    /* 从配置文件中读取服务器的联系方式：IP及端口号 */
    FILE* fp_conf ;
    char server_ip[32]="";
    int server_port ;
    fp_conf = fopen(argv[1], "r");
    if(fp_conf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        exit(1);
    }
    fscanf(fp_conf,"%s%d",server_ip, &server_port);
    fclose(fp_conf);

    /* 创建客户端socket */
    int fd_client ;
    if((fd_client = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    /* 存入服务器联系方式 */
    SA server_addr ;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(SA));
    server_addr.sin_family = AF_INET ;
    server_addr.sin_port = htons(server_port);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);
    /* 通知服务器上线 */
    //MSG my_msg = {TYPE_ON,2,"on"} ;
    MSG my_msg = {TYPE_ON,0,""} ;
    sendto(fd_client, &my_msg, 8 + my_msg.msg_len , 0, (pSA)&server_addr, sizeof(SA));
    /* 孙子进程用于接收服务器转发的消息，并显示在屏幕上 */
    /* 当儿子进程fork出孙子后，立马会退出，从而被父进程(主程序)wait掉。
     * 从而孙子成为孤儿进程，当其退出时资源会被init所回收。
     * 实际上fork出孙子有两点原因，如下：
     * 一是不愿意父进程wait子进程，因为wait是阻塞函数。
     * 二是如果不wait，在子进程先退的情况下父进程不能回收其资源，从而先退的子进程会成为僵尸进程。
     * 现在让儿子fork出孙子后立马滚蛋，这样孙子就直接变成孤儿进程了，由init收养，并在退出时由init回收资源。
     * 注意，父进程先滚蛋其实是无碍的，大不了init做儿子(孤儿进程)的爹，并由init来回收资源。但通常父进程会模拟服务器，不会退。*/
    if(fork() == 0)
    {
        if(fork() == 0)
        {

            char msg_buf[1024];
            // recvfrom是阻塞函数,孙子进程退出程序后，会被init回收。此处
            while(memset(msg_buf, 0, 1024), recvfrom(fd_client, msg_buf, 1024, 0, NULL, NULL) > 0)
            {
                write(1,msg_buf, strlen(msg_buf));

            }
            printf("child exit ! \n");
            close(fd_client);
            exit(0);
            /*  用于说明爷爷退了之后，孙子不会被一起带走。
                sleep(5);
                while(1)
                {
                    printf("hahahahaha\n");
                }
            */
        }
        close(fd_client);
        exit(0);
    }
    wait(NULL);
    /* 从键盘输入消息，发送给服务器，按ctrl+D退出循环 */
    while(memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG)), fgets(my_msg.msg_buf, SIZE, stdin) != NULL)
    {
        my_msg.msg_type = TYPE_CHAT ;
        my_msg.msg_len = strlen(my_msg.msg_buf);
        sendto(fd_client, &my_msg, 8 + my_msg.msg_len , 0, (pSA)&server_addr, sizeof(SA));
    }
    /* 向服务器发送离线消息 */
    my_msg.msg_type = TYPE_OFF ;
    my_msg.msg_len = 0 ;
    sendto(fd_client, &my_msg, 8 + my_msg.msg_len , 0, (pSA)&server_addr, sizeof(SA));    

    close(fd_client);

    return 0 ;
    /*注意：只要主进程滚蛋了，马上会显示出shell界面。但是此时，fork出来的进程可能并没有结束。
     *fork出来的进程先滚蛋，是不会显示shell界面的。只有主进程滚蛋，才会显示出shell界面。     */
}

配置文件

192.168.0.180
8888

注意

程序运行时，先启动服务器端，不然客户端没法连接。