模拟FTP核心原理:客户端连接服务器后,向服务器发送一个文件。文件名可以通过参数指定,服务器端接收客户端传来的文件(文件名随意),如果文件不存在自动创建文件,如果文件存在,那么清空文件然后写入。
功能要求:
1.项目基于tcp连接进行编写
2. 客户端命令行传参,传入ip、port、文件路径,实现把指定目录下的文件发送到服务器
3. 服务器接收并放到指定文件路径


假设妈妈有一个孩子,孩子在房间里睡觉,妈妈需要及时获知孩子是否醒了,如何做?
1. 进到房间陪着孩子一起睡觉,孩子醒了会吵醒妈妈:不累,但是不能干别的了
2. 时不时进房间看一下:简单,空闲时间还能干点别的,但是很累
3. 妈妈在客厅干活,小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈:互不耽误
阻塞式IO 非阻塞式IO 信号驱动IO(了解) IO多路复用(帮助TCP实现并发)
特点:简单、常用、效率低
● 当程序调用某些接口时,如果期望的动作无法触发,那么进程会进入阻塞态(等待状态,让出CPU的调度),当期望动作可以被触发了,那么会被唤醒,然后处理事务。
● 重点理解相对于进程而言的影响;
● 阻塞I/O模式是最普遍使用的I/O模式,大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O 。
● 前面学习的很多读写函数在调用过程中会发生阻塞。
- 阻塞I/O 模式是最普遍使用的I/O 模式,大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O 。
- 缺省情况下(及系统默认状态),套接字建立后所处于的模式就是阻塞I/O 模式。
- 学习的读写函数在调用过程中会发生阻塞相关函数如下:
- •读操作中的read、recv、recvfrom
- 读阻塞--》需要读缓冲区中有数据可读,读阻塞解除
- •写操作中的write、send
- 写阻塞--》阻塞情况比较少,主要发生在写入的缓冲区的大小小于要写入的数据量的情况下,写操作不进行任何拷贝工作,将发生阻塞,一旦缓冲区有足够的空间,内核将唤醒进程,将数据从用户缓冲区拷贝到相应的发送数据缓冲区。
- 注意:sendto没有写阻塞
- 1)无sendto函数的原因:
- sendto不是阻塞函数,本身udp通信不是面向连接的,udp无发送缓冲区,即sendto没有发送缓冲区,send是有发送缓存区的,即sendto不是阻塞函数。
- 2)UDP不用等待确认,没有实际的发送缓冲区,所以UDP协议中不存在缓冲区满的情况,在UDP套接字上进行写操作永远不会阻塞。
- •其他操作:accept、connect
udp与tcp缓存区 仅作为了解
UDP通信没有发送缓存区, 它不保证数据的可靠性。因此,UDP通信是将数据尽快发送出去,不关心数据是否到达目标主机. 但是UDP有接受缓存区, 因为数据发送过快, 如果接收缓存区内数据已满, 则继续发送数据, 可能会出现丢包。
丢包出现原因: 接收缓存区满 网络拥堵, 传输错误
相比之下,TCP是一种面向连接的传输协议,它需要保证数据的可靠性和顺序性。TCP有发送缓存区和接收缓存区, 如果发送频率过快, 且内容小于发送缓存区的大小 , 可能会导致多个数据的粘包。如果发送的数据大于发送缓存区, 可能会导致拆包。
UDP不会造成粘包和拆包, TCP不会造成丢包
UDP是基于数据报文发送的,每次发送的数据包,在UDP的头部都会有固定的长度, 所以应用层能很好的将UDP的每个数据包分隔开, 不会造成粘包。
TCP是基于字节流的, 每次发送的数据报,在TCP的头部没有固定的长度限制,也就是没有边界,那么很容易在传输数据时,把多个数据包当作一个数据报去发送,成为了粘包,或者传输数据时, 要发送的数据大于发送缓存区的大小,或者要发送的数据大于最大报文长度, 就会拆包;
TCP不会丢包,因为TCP一旦丢包,将会重新发送数据包。(超时/错误重传)
TCP:

UDP:

特点:可以处理多路IO;需要轮询,浪费CPU资源

- •当我们将一个套接字设置为非阻塞模式,我们相当于告诉了系统内核:“当我请求的I/O 操作不能够马上完成,你想让我的进程进行休眠等待的时候,不要这么做,请马上返回一个错误给我。”
- •(引导着让大家说出来)当一个应用程序使用了非阻塞模式的套接字,它需要使用一个循环来不停地测试是否一个文件描述符有数据可读(称做polling)。---轮询
- •应用程序不停的polling 内核来检查是否I/O操作已经就绪。这将是一个极浪费CPU 资源的操作。
- •这种模式使用中不普遍。
1) 通过函数自带参数设置
2) 通过设置文件描述符属性fcntl (file control)
- #include <unistd.h>
- #include <fcntl.h>
- int fcntl(int fd, int cmd, ...);
- 功能:
- 获取/改变文件属性(linux中一切皆文件)
- 文件描述符:stdin 0、stdout 1、stderr 2
- 参数:fd:文件描述符
- cmd: 操作功能选项 (可以定义个变量,通过vi -t F_GETFL 来找寻功能赋值 )
- F_GETFL:获取文件描述符的原有的状态信息
- //不需要第三个参数,返回值为获取到的属性
- F_SETFL:设置文件描述符的状态信息 - 需要填充第三个参数
- //需要填充第三个参数 O_RDONLY, O_RDWR ,O_WRONLY ,O_CREAT
- O_NONBLOCK 非阻塞 O_APPEND追加
- O_ASYNC 异步 O_SYNC 同步
- F_SETOWN: 可以用于实现异步通知机制。
- //当文件描述符上发生特定事件时(例如输入数据到达),内核会向拥有该 文件描述符的进程发送 SIGIO 信号(异步),以便进程能够及时处理这些事件。
- 第三个参数:由第二个参数决定,set时候需要设置的值,get时候填0
- arg:文件描述符的属性 ----------同上参数,一般填0
-
-
- 返回值: 特殊选择:根据功能选择返回 (int 类型)
- 其他: 成功0 失败: -1;
- 设置流程:
- int flag;//文件状态的标志
- flag = fcntl(fd, F_GETFL); //读
- flag |= O_NONBLOCK;//改 O_NONBLOCK = 0x00004000
- fcntl(fd, F_SETFL, flag);//写

特点:异步通知模式,需要底层驱动的支持
- 操作系统中的同步与异步
- 在操作系统中,特别是在Linux中,同步和异步是描述I/O操作方式的两个概念。它们主要区分在于操作完成的通知方式和程序执行的流程。
-
- 同步(Synchronous):
-
- 同步I/O操作是指在执行I/O操作时,程序必须等待操作完成才能继续执行。在同步操作中,程序提交一个I/O请求后,操作系统会阻塞该程序,直到请求操作完成。此时,程序才能继续执行后续的代码。因此,同步操作会导致程序执行流程暂停,直至I/O操作完成。
- 同步I/O的例子:read(), write(), recv(), send() 等。
-
- 异步(Asynchronous):
- 异步I/O操作是指程序在发起I/O请求后,无需等待操作完成,可以继续执行其他任务。当异步I/O操作完成时,程序会通过某种方式(如回调函数、事件通知、信号等)得到通知。因此,异步操作使程序执行流程得以继续,而不必等待I/O操作完成。
-
● 通过信号方式,当内核检测到设备数据后,会主动给应用发送信号SIGIO。
- SIGIO
- 文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.
● 应用程序收到信号后做异步处理即可。
● 应用程序需要把自己的进程号告诉内核,并打开异步通知机制。
● 标准模板
- //将APP进程号告诉驱动程序
- fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
-
- //使能异步通知
- int flag;
- flag = fcntl(fd, F_GETFL);
- flag |= O_ASYNC; //也可以用FASYNC标志
- fcntl(fd, F_SETFL, flag);
-
- signal(SIGIO, handler);
signal信号处理相关函数
头文件: #include
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)
功能:信号处理函数(注册信号)
参数: int signum:要处理的信号(要修改的信号)
sighandler_t handler: 函数指针: void(*handler)(int) (修改的功能:)
handler:------void handler(int num) 自定义的信号处理函数指针
返回值: 成功:设置之前的信号处理方式
失败: SIG_ERR
用非阻塞方式监听鼠标的数据
查看自己使用的鼠标:/dev/input
检查鼠标设备:sudo cat /dev/input/mouse0
注意:执行的时候需要加sudo
- #include <stdio.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <signal.h>
- #include <unistd.h>
- int fd;
- #define N 64
- char buf[N] = {0};
- void handler(int sig)
- {
- int ret;
- ret = read(fd, buf, N);
- if (ret < 0)
- {
- perror("READ ERR.");
- return;
- }
- else
- {
- printf("len= %d\n", ret);
- }
- }
- int main(int argc, char const *argv[])
- {
-
- fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
- if (fd < 0)
- {
- perror("open err");
- return -1;
- }
- // 将APP进程号告诉驱动程序
- fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
- // 使能异步通知
- int flag;
- flag = fcntl(fd, F_GETFL);
- flag |= O_ASYNC; // 也可以用FASYNC标志
- fcntl(fd, F_SETFL, flag);
-
- signal(SIGIO, handler);
-
- while (1)
- {
- printf("-----------\n");
- sleep(1);
- }
- close(fd);
-
- return 0;
- }



假设妈妈有三个孩子,分别不同的房间里睡觉,需要及时获知每个孩子是否醒了,如何做?
1. 挨个房间跑
1. 进程中若需要同时处理多路输入输出 ,在使用单进程和单线程的情况下, 可使用IO多路复用处理多个请求;
2. IO多路复用不需要创建新的进程和线程, 有效减少了系统的资源开销。
场景:就比如服务员给50个顾客点餐,分两步:
顾客思考要吃什么(等待客户端数据发送)
顾客想好了,开始点餐(接收客户端数据)

要提高效率有几种方法?
1. 安排50个服务员 (类似于多进程/多线程实现服务器连接多个客户端,太占用资源)
2. 哪个顾客想好了吃啥, 那个顾客来柜台点菜 (类似IO多路复用机制实现并发服务器)
基本流程是:
1. 先构造一张有关文件描述符的表;
2. 清空表
3. 将你关心的文件描述符加入到这个表中;
4. 调用select函数。
5. 判断是哪一个或哪些文件描述符产生了事件(IO操作);
6. 做对应的逻辑处理;
● 使用I/O多路复用技术。其基本思想是:
○ 先构造一张有关描述符的表,然后调用一个函数。
○ 当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时函数才返回。
○ 函数返回时告诉进程哪个描述符已就绪,可以进行I/O操作。
- 基本流程:
- 1. 先构造一张有关文件描述符的表(集合、数组);
- 2. 将你关心的文件描述符加入到这个表中;
- 3. 然后循环调用一个函数。 select / poll
- 4. 当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O操作的时候
- 该函数才返回(阻塞)。
- 5. 判断是哪一个或哪些文件描述符产生了事件(IO操作);
- 6. 做对应的逻辑处理;
- #include<sys/select.h>
- #include<sys/time.h>
- #include<sys/types.h>
- #include<unistd.h>
- int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
- fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
- 功能:select用于监测是哪个或哪些文件描述符产生事件;
- 参数:
- nfds:监测的最大文件描述个数(文件描述符从0开始,这里是个数,记得+1)
- (这里是个数,使用的时候注意,与文件中最后一次打开的文件描述符所对应的值的关系是什么?)
- readfds: 读事件集合; // 键盘鼠标的输入,客户端连接都是读事件
- writefds: 写事件集合; //NULL表示不关心
- exceptfds:异常事件集合; //NULL 表示不关心
- timeout: 设为NULL,等待直到某个文件描述符发生变化;
- 设为大于0的值,有描述符变化或超时时间到才返回。
- 超时时间检测:如果规定时间内未完成函数功能,返回一个超时的信息,我们可以根据该信息设定相应需求;
- 如果设置了超时检测时间:&tv
- select返回值:
- <0 出错
- >0 表示有事件产生;
- ==0 表示超时时间已到;
-
- struct timeval
- {
- long tv_sec; /* seconds */以秒为单位,指定等待时间
- long tv_usec; /* microseconds */以毫秒为单位,指定等待时间
- };
- void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//将fd从表中清除
- int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在表中
- void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd添加到表中
- void FD_ZERO(fd_set *set);//清空表1
1. 一个进程最多只能监听1024个文件描述符 (32位) [64位为 2048]
2. select被唤醒之后要重新轮询(0-1023)一遍驱动,效率低(消耗CPU资源)
3. select每次会清空未响应的文件描述符,每次都需要拷贝用户空间的表到内核空间,效率低,开销较大
(0~3G是用户态,3G~4G是内核态,两个状态来回切换 拷贝是非常耗时,耗资源的)
1. 头文件检测1024个文件描述符 0-1023
2. 在select中0~2存储标准输入、标准输出、标准出错
3. 监测的最大文件描述个数为fd+1(如果fd = 3,则最大为 4) : //因为从0开始的
4. select只对置1的文件描述符感兴趣 假如事件产生,select检测时 , 产生的文件描述符会保持1,未产生事件的会置0;
5. select每次轮询都会清空表(置零的清空) //需要在select前备份临时表



- #include <stdio.h>
- #include <unistd.h>
- #include <string.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <sys/select.h>
-
- //响应鼠标的时候, 打印鼠标事件
- //输入键盘的时候, 打印键盘内容
-
- int main(int argc, char const *argv[])
- {
- //1.打开鼠标文件
- int fd = open("/dev/input/mouse0",O_RDONLY);
- if(fd < 0)
- {
- perror("open is err:");
- return -1;
- }
- //1.创建文件描述符的表
- fd_set readfds,tempfds;
- //2.清空表
- FD_ZERO(&readfds);
- //3.添加关心的文件描述符
- FD_SET(0,&readfds);
- FD_SET(fd,&readfds);
-
- int maxfd = fd;
-
- char buf[128];
- while(1)
- {
- tempfds = readfds;
- //4.select检测 阻塞
- select(maxfd+1,&tempfds,NULL,NULL,NULL);
-
- if(FD_ISSET(0,&tempfds))
- {
- //1.键盘
- fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
- if(buf[strlen(buf)-1] == '\n')
- buf[strlen(buf)-1] = '\0';
- printf("key: %s\n",buf);
- }
- if(FD_ISSET(fd,&tempfds))
- {
- //2.鼠标
- int ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
- buf[ret] = '\0';
- printf("mouse: %s\n",buf);
- }
-
- }
- close(fd);
- return 0;
- }
-
-
- 在tcp的服务器端, 有两类文件描述符
-
- 监听的文件描述符
- 1.只需要有一个
- 2.不负责和客户端通信, 负责检测客户端的连接请求, 检测到之后调用accept就可以建立新的连接
-
- 通信的文件描述符
- 1.负责和建立连接的客户端通信
- 2.如果有N个客户端和服务器建立了新的连接, 通信的文件描述符就有N个,每个客户端和服务器都对应一个通信的文件描述符
- 1. 一个进程最多只能监听1024个文件描述符 (千级别)
- 2. select被唤醒之后需要重新轮询一遍驱动的poll函数,效率比较低(消耗CPU资源);
- 3. select每次会清空表,每次都需要拷贝用户空间的表到内核空间,效率低(一个进程0~4G,0~3G是用户态,3G~4G是内核态,拷贝是非常耗时的);
- 4.跨平台
- /*客户端创建代码 */
- #include <stdio.h>
- #include <sys/types.h> /* See NOTES */
- #include <sys/socket.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
- #include <arpa/inet.h>
- #include <unistd.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <unistd.h>
- #include <string.h>
- #include <pthread.h>
- // #include "head.h"
- enum type_t
- {
- login, //登录
- chat, //发送信息
- quit, //退出
- };
- typedef struct mag_t
- {
- int type; //功能
- char name[32]; //ip
- char text[128]; //内容
- } MSG_t;
- int main(int argc, char const *argv[])
- {
- if (argc < 3)
- {
- printf("plase input
" ); - return -1;
- }
- //1.创建套接字,用于链接
- int sockfd;
- sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
- if (sockfd < 0)
- {
- perror("socket err");
- return -1;
- }
- printf("sockfd:%d\n", sockfd);
- //2.填充结构体
- struct sockaddr_in saddr;
- saddr.sin_family = AF_INET;//协议族
- saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//端口
- saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//IP
- MSG_t msg; //消息包
- socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
- int num=0;//交互次数
- pid_t pid = fork();//创建父子进程
- if (pid < 0)
- {
- perror("fork err");
- return -1;
- }
- else if (pid == 0) //子进程接收消息
- {
- while (1)
- {
- //接受信息
- if (recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, &len) < 0)
- {
- perror("recvfrom err");
- return -1;
- }
- printf("ip:%s 状态:%d 内容:%s\n", msg.name, msg.type, msg.text);
- }
- }
- else //父进程发送消息
- {
- while (1)
- {
- strncpy(msg.name, "xiaoyang", 8);//客户端昵称
- //发送信息
- memset(msg.text, 0, sizeof(msg.text)); //清空数组内容
- printf("发送内容:");
- fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin); //从终端获取内容存放到数组中
- if (strncmp(msg.text, "quit", 4) == 0) //输入quit退出客户端
- {
- msg.type = quit;//退出状态
- sendto(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);
- exit(0);
- }
- if (msg.text[strlen(msg.text)] == '\0')
- {
- msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
- }
- if (num == 0) //第一次登入
- {
- msg.type == login;//登录状态
- }
- else
- {
- msg.type = chat;//交互状态
- }
- sendto(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);//发送信号
- }
- }
- close(sockfd);
- return 0;
- }
-
- /*服务器创建代码 */
- #include <stdio.h>
- #include <sys/types.h> /* See NOTES */
- #include <sys/socket.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
- #include <arpa/inet.h>
- #include <unistd.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- enum type_t
- {
- login,//登录
- chat,//发送信息
- quit,//退出
- };
- typedef struct mag_t
- {
- int type;//功能
- char name[32];//ip
- char text[128];//内容
- } MSG_t;
- MSG_t msg;
- //链表节点结构体
- typedef struct node_t
- {
- struct sockaddr_in addr;//ip地址
- struct node_t *next;//链表下一个地址
- }list_t;
- int main(int argc, char const *argv[])
- {
- if (argc < 2)
- {
- printf("plase input
\n" ); - return -1;
- }
- //1.创建套接字,用于链接
- int sockfd;
- sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);
- if (sockfd < 0)
- {
- perror("socket err");
- return -1;
- }
- printf("sockfd:%d\n", sockfd);
- //2.绑定 ip+port 填充结构体
- struct sockaddr_in saddr;
- saddr.sin_family = AF_INET;
- saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
- saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
- socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
- //bind绑定ip和端口
- if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, len) < 0)
- {
- perror("bind err");
- return -1;
- }
- printf("bind success\n");
- // char buf[128] = {0};
- while (1)
- {
- //接收信息
- if (recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, &len) < 0)
- {
- perror("recvfrom err");
- return -1;
- }
- switch (msg.type)
- {
- case login:
- Loginrecv();break;
- case chat:
- Chatrecv();break;
- case quit:
- Quitrecv();break;
- }
-
- //发送信息
- printf("server:");
- fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin); //从终端获取内容存放到数组中
- if (strncmp(msg.text, "quit", 4) == 0) //输入quit退出客户端
- {
- break;
- }
- if (msg.text[strlen(msg.text)] == '\0')
- {
- msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
- }
- sendto(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);
- }
- close(sockfd);
- return 0;
- }
- void Chatrecv()//chat 型
- {
- // printf("client ip:%s ,port:%d buf:%s\n", inet_ntoa(saddr.sin_addr), ntohs(saddr.sin_port),msg.text);
- printf("ip:%s 状态:chat 内容:%s\n", msg.name,msg.text);
-
- }
- void Loginrecv()//login 型 首次链接
- {
-
-
- }
- void Quitrecv()//quit 退出
- {
- //接收信息
- if (recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)&saddr, &len) < 0)
- {
- perror("recvfrom err");
- return -1;
- }
- // printf("client ip:%s ,port:%d buf:%s\n", inet_ntoa(saddr.sin_addr), ntohs(saddr.sin_port),msg.text);
- printf("ip:%s 状态:chat 内容:%s\n", msg.name,msg.text);
- }