c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用一、socket介绍socket起源于linux,在Linux中,一个非常重要的思想就是“一切皆文件”,一切行为皆可描述为“打开文件>读写文件>关闭文件”,socket可以理解成一种

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一、socket介绍

socket起源于linux,在Linux中,一个非常重要的思想就是“一切皆文件”,一切行为皆可描述为“打开文件—->读写文件—–>关闭文件”,socket可以理解成一种特殊的文件,把对底层tcp/ip网络的调用封装起来,提供给用户一些调用的接口来是实现网络编程。

引用一张图清晰的解释,此图来自CMU ICS

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

我们都知道网络通信需要知道一个三元组——ip、protocol、port,来唯一的标识网络中的某个主机上的某个进程,从而实现不同主机间进程的通信。

具体实现:服务器端:创建socket,返回一个socket描述符,和服务器地址和端口bind,listen函数开启监听想要连接的客户端,accept接受客户端的连接请求,为客户端分配一个专属的socket连接,在传输完成后close关闭连接

相比之下,客户端就比较简单了,socket创建,connect,read and write,然后close,下面实现了一个简单的多线程网络聊天。

二、简单聊天程序

serve.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>

#define PORT 6666   //端口号
#define SIZE 1024   //定义的数组大小

int create_socket()    //创建套接字和初始化以及监听函数
{
        int listen_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        //创建一个负责监听的套接字 协议族,协议类型,具体协议,返回大于0表示创>建成功
        if(listen_socket< 0)
        {
                perror("socket");
                return -1;
        }
        struct sockaddr_in addr;
        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        //服务器端地址结构
        addr.sin_family = AF_INET;  /* Internet地址族 */
        addr.sin_port = htons(PORT);  /* 端口号 */
        addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* 服务器IP地址 */

        if(bind(listen_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr))==-1){
                perror("bind");
                return -1;
        }

        if(listen(listen_socket, 4) == -1)  //监听
        {
                perror("listen");
                return -1;
        }
        return listen_socket;
}

//信息处理函数,功能是将客户端传过来的小写字母转化为大写字母
void *handle_client(void *ptr){
        int fd=*(int *)ptr;
          
        printf("the new connect_socket is %d\n",fd);
        char buf[SIZE];
        while(1)
        {
                int ret = read(fd, buf, SIZE-1);
                if(ret == -1)
                {
                        perror("read");
                        break;
                }
                if(ret == 0)
                        break;
                buf[ret] = '\0';             
                printf("%s\n", buf);
                write(fd, buf, ret);
        if(strncmp(buf,"bye",3)==0)
            break;    
        }
        close(fd);
        printf("连接已断开\n");
}

int main()
{
        pthread_t thread;
        int listen_socket = create_socket();

        struct  sockaddr_in client_addr;
        socklen_t addrlen=sizeof(client_addr);
        printf("等待与客户端连接......\n");
        while(1){
        int client_socket=accept(listen_socket,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
        if(client_socket==-1){
                  perror("accept error\n");
                  return -1;
        }  
        printf("connect success %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
        pthread_create(&thread,NULL,handle_client,(void *)&client_socket);

        }
        printf("close socket");
        close(listen_socket);
        return 0;
}

 

 client.c

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#define s 512
int main(int argc,const char* argv[])
{
    
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage:%s [ip] [port]\n",argv[0]);
        return 0;
    }

    //创建一个用来通讯的socket
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0);
    if(sock < 0)
    {
        perror("socket");
        return 1;
    }

    //服务器端的地址结构体
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    //inet_addr 将字符串格式的ip地址转化为网络字节顺序
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&server, len) < 0 )
    {
        perror("connect");
        return 2;
    }
    //连接成功进行发送和接受数据
    char buf[1024];
    char buf_rec[1024];
    while(1)
    {
        printf("send:");
        fflush(stdout); 
        ssize_t _s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
        buf[_s] = 0;
        write(sock, buf, _s);
      if(strncmp(buf,"bye",3)==0)
          break;    
      recv(sock,buf_rec,s,0);
      printf("%s\n",buf_rec);   
    }
    close(sock);
    printf("client close socket");
    return 0;
}

 

三、strace跟踪系统调用

strace是一个可用于诊断、调试和教学的Linux用户空间跟踪器。我们用它来监控用户空间进程和内核的交互,比如系统调用、信号传递、进程状态变更等。有关的命令不再介绍,自行百度。

执行命令

sudo strace -t -T -o ./info.txt ./server

 这里-t 是显示时间,-T 显示执行某个系统调用耗费的时间 ,-o将输出信息写到指定到文件,./server执行server

查看info.txt文件可以看到

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

可以看到程序启动涉及到一堆系统调用,有execve创建一个一个进程,brk分配内存等等,向下查看,可以看到socket,bind listen,accept等函数

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

在程序运行期间,用-e trace=network 来过滤,只查看有关网络的系统调用,可以看到,服务器端启动之后完成一系列初始化,即socket的创建,绑定ip地址,端口号,协议,监听端口,最后在accpet函数阻塞,等待客户端的连接。

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

当客户端请求连接时(这里设置了两个客户端同时请求连接),服务器端fork一个子进程,为每个客户端创建专属的socket描述符,在整个通信期间都使用这个socket来通信,直到连接释放。

c语言网络编程聊天系统_用户程序在用户态下使用系统调用

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