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5.10-套接字通信 - C++

套接字通信

1.1 通信效率问题


  • 服务器端

    • 单线程 / 单进程

      • 无法使用,不支持多客户端
    • 多线程 / 多进程

      • 写程序优先考虑多线程:
      • 什么时候考虑多进程?
        • 启动了一个可执行程序 A ,要在 A 中启动一个可执行程序 B
      • 支持多客户端连接
    • IO 多路转接

      • 单线程 / 进程

        • 支持多客户端连接但是效率不是最高的

          • 所有的客户端请求都是顺序处理的 -> 排队
        • 多线程

          int main()
          {// 	1. 监听 fdint lfd = socket();
          }// 2. 绑定bind();// 3. 监听listen();// 4. 初始化 epoll()int epfd = epoll_create(x);// 5. epooll 添加检测节点  -> lfdepoll_ctl(epfd, epoll_ctl_add, lfd, &ev);while (1){int num = epoll_wait(epfd, evs, 1024, NULL);for (int i = 0; i < num; i++){if (curfd == lfd){pthread_create(&tid, NULL, acceptConn, &epfd);// accept();}else{...// read();// write();}}}
          }
          
          • 线程池

            • 多个线程的一个集合,可以回收用完的线程

              • 线程池的个数取决于业务逻辑
                • 密集型业务逻辑:需要大量 cpu 时间进行数据处理

                  • 线程个数 == 电脑核心数
                • 进行 io 操作

                  • 线程个数 == 两倍 cpu 核心数
            • 不需要重复频繁地创建销毁线程

            • 设计思路

              1. 需要两个角色- 管理者 -> 1 个- 工作的线程 -> N 个
              2. 管理者- 不工作(不处理业务逻辑,监测工作的线程的状态,管理线程的个数)- 假设工作线程不够用了,动态创建新的线程- 假设工作的线程太多了,销毁一部分工作的线程- 动态监测工作的线程的状态
              3. 工作的线程- 处理业务逻辑
              4. 需要一个任务队列- 存储任务 -> 唤醒阻塞线程 -> 条件变量- 工作的线程处理任务队列中的任务- 没有任务 -> 阻塞
              
  • 客户端

    // 创建TcpSocket对象 == 一个连接,这个对象就可以和服务器通信了,多个连接需要创建多个这样的对象
    class TcpSocket
    {
    public:TcpSocket(){m_connfd = socket(af_inet, sock_stream, 0);}TcpSocket(int fd){m_connfd = fd;  // 传递进行的fd是可以直接通信的文件描述符,不需要连接操作}~TcpSocket();/* 客户端 连接服务器 */int conectToHost(string ip, unsigned short port, int connecttime){connect(m_connfd, &serverAddress, &len);}/* 客户端 关闭和服务端的连接 */int disConnect();/* 客户端 发送报文 */int sendMsg(string sendMsg, int sendtime = 10000){senf(m_connfd, data, datalen, 0);}/* 客户端 接受报文 */string recvMsg(int timeout){recv(m_connfd, buffer, size, 0);return buffer;}private:int m_connfd;
    };
    
  • 服务器

    // 思想: 服务端不负责通信,只负责监听,如果通信使用客户端类
    class TcpServer
    {
    public:// 初始化监听的套接字: 创建,绑定,监听TcpServer();~TcpServer();  // 在这里边关闭监听的fdTcpSocket* acceptConn(int timeout = 999999){int fd = accept(m_lfd, &address, &len);// 通信fd -> 类TcpSocket* tcp = new TcpSocket(fd);if (tcp != nullptr){return tcp;}return nullptr;}private:int m_lfd;  // 监听的fd
    };
    
    // 使用
    void * callback(void* arg)
    {TcpSocket * tcp = (TcpSocket *) arg;tcp->sendMsg();tcp->recvMsg();tcp->disConnect();delete tcp;
    }int main()
    {TcpServer * server = new Tcpserver;while (1){TcpSocket * tcp = server->acceptConn();// 创建子进程 -> 通信pthread_create(&tid, NULL, callback, arg)}delete server;return 0;
    }
    
    // 客户端程序
    int main()
    {TcpSocket * tcp = new TcpSocket;tcp->ConnectToHost(ip, port, timeout);tcp->sendMsg();tcp->recvMsg();tcp->disConnect();delete tcp;
    }
    

2 套接字超时

套接字通信过程中的默认的阻塞函数

等待并接受客户端连接

通信、接受数据、发送数据、连接服务器时

设置超时处理的原因:不想让进程(线程)一直在对应为止阻塞

超时处理的思路:

  1. 定时器
  2. sleep(10)
    • 以上两种不可用,在指定时间内阻塞函数满足条件直接解除阻塞,以上两种不满足要求
  3. IO 多路转接函数
    • 这些函数最后一个参数是设置阻塞的时长,如果有 fd发生变化,函数直接返回
    • 帮助委托内核检测 fd 状态:读写异常

2.1 accept 超时


// 等待并接受客户端连接
// 如果没有客户端连接,一直阻塞
// 检测 accept 函数的 fd 读缓冲区就可以了
int accept(int sockfd, struct sockaddr * addr, socklen_t * addrlen);// 使用select 函数检测状态
int select(int nfds, fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout);
// 通信的fd放到 fd_set 中检测
if (ret == 0)
{// 超时
}
else if (ret == 1)
{// 有新连接accept();	// 绝对不阻塞
}
else
{// error, -1
}

读超时、写超时略

2.2 connect 超时

// 连接服务器 -> 处于连接过程中,函数不返回 -> 程序阻塞在这个函数上,可通过返回值判断是不是连接成功了
// 返回值 0,成功,-1,失败
// 该函数默认有一个超时处理:75s 或 175s- 设置 connect 函数操作的文件描述符为非阻塞- 使用 select 检测- 设置 connect 函数操作的文件描述符为阻塞 -> 状态还原
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);// 与上述同理

2.3 tcp 粘包问题

造成原因:

  1. 发送的时候,内核进行了优化,数据达到一定量发一次
  2. 网络环境不好,有延迟
  3. 接收方频率低,一次性读到了多条客户端发送的数据

解决方案:

  • 发送的时候强制缓存区发送数据
  • 在发送数据的时候添加包头
    • 包头:一块内存,存储了当前消息的属性信息
      • 属于谁:char[12]
      • 有多大:int

3 进程间通信:共享内存

  1. 使用流程

    1. 向内核申请一块内存 -> 指定大小
    2. 如果有两个进程需要进行通信,可以使用共享内存通信,先创建两个进程
    3. 进程 A 和进程 B 分别和共享内存进程关联- 拿到共享内存的地址 -> 首地址
    4. 两个进程可以公国这个首地址对共享内存进行读(写)操作
    5. 如果这个进程不再使用这块共享内存,需要和共享内存断开连接- 进程退出对共享内存没有任何影响
    6. 当不再使用共享内存的时候,需要将共享内存销毁
    
  2. 共享内存头文件

    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    
  3. 共享内存操作函数

    • 创建或打开一块共享内存区

      // 创建共享内存
      // 共享内存已经存在
      // 可以创建多块共享内存
      int shmget(key_t key, size_t size, int sh mhflg);key:通过 key 记录共享内存在内核中的位置,为一个大于零的整数,等于 0 不行,随便指定一个就可以size:创建共享内存的时候指定共享内存的大小。如果已经创建,设为 0shmflg:创建共享内存的时候使用,指定打开文件的方式
      返回值:成功:创建(打开)成功,得到一个整形数失败:-1// 应用
      // 1. 创建共享内存
      int shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT | 0664);
      int shmid = shmget(200, 4096, IPC_CREAT | 0664);
      // 2. open share memory
      int shmid = shmget(100, 0, 0)
    • 将当前进程与共享内存关联

      void * shmat(int shmid, const void * shmaddr, int shmflg);参数:- shmid:通过这个参数访问共享内存,shmget() 的返回值- shmaddr:指定共享内存在内核中的位置,指定为空,委托内核寻找- shmflg:关联成功后对内存的操作权限- SHM_RDONLY:只读- 0:读写
      成功:内存的地址
      失败:(void *)-1// 函数调用:
      shmat(shmid, NULL, 0);
      // write on shm
      memcpy(ptr, "xxx", len);
      printf("%s", (char*)ptr);
      
    • depart shm

      int shmdt(const void * shmaddr);arg: address of shmreturn:suc: 0fai: -1
      
    • control shm

      int shmctl(int shmid, int com, struct shmid_ds * buf);arg:-shimd: reuturn value of shmget- cmd: operation to shm- IPC_STAT: get status of cmd- IPC_SET: set shm- IPC_RMID: mark shm to be destroyed- buf: as a struct can describe the status of shm
      reutrn value:succ: 0fail: -1// demo: destroy shm
      shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
      

      demo: communication of processes

      read:

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <unistd.h>
      #include <string.h>
      #include <sys/ipc.h>
      #include <sys/shm.h>int main()
      {// 1. open shmint shmid = shmget(100, 0, 0);// 2. relate shm with cur processvoid* ptr = shmat(shmid, NULL, 0);// 3. write on shmprintf("content: %s\n", (char *)ptr);printf("press any key to continue ...\n");getchar();// 4. release relevanceshmdt(ptr);// 5. destory shmshmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
      }
      

      write:

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <unistd.h>
      #include <string.h>
      #include <sys/ipc.h>
      #include <sys/shm.h>int main()
      {// 1. create shmint shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT|0664);// 2. relate shm with cur processvoid* ptr = shmat(shmid, NULL, 0);// 3. write on shmconst char * tmp = "this is a damo for shm ...";memcpy(ptr, tmp, strlen(tmp) + 1);printf("press any key to continue ...\n");getchar();// 4. release relevanceshmdt(ptr);// 5. destory shmshmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
      }
      
  4. question:

  • question 1: how dose the operation system know the number of process that relate with a shm?
    • shm keep a struct struct shmid_ds, that has a member shm_nattch.
    • shm_nattch records the number of being related process.
  • question 2: whether can call shmctl to destroyed a shm more than once?
    • yes
    • because shmctl function is just marking a shm to be destroy, not destroying it directly.
    • when it was destroyed truly?
      • when shm_nattch == 0

the commands to observe the shm:

ipcs -m
  1. ftok function prototype

    key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);- pathname: the absolute path- proj_id: only use the top 1 byte- value range: 1 - 255key_t t = fotk("/home/", 'a');
    
  2. difference of shm and mmp

    . . .

4 the API encapsulation of shm

class BashShm
{
public:BashShm(int key);	// open a shm according a given key.BashShm(string path);	// **with no size**, according to string path -> int key, open a shm.BashShm(int key, int size);	// create a shm by the given key and size.BashShm(string path, int size);	// string -> key, according to size.void * mapshm(){m_ptr = shmat(shmid);return shmat();}int unmapshm(){return shmdt(m_ptr);}int delshm(){return shmctl(shmid);}private:int m_shmid;	// reuturn value of `shmat()`void * m_ptr
}

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摘要 本文全面系统地讲解了 C 中的引用机制&#xff0c;涵盖左值引用、右值引用、引用折叠、完美转发等核心概念&#xff0c;并深入探讨其底层实现原理及工程实践应用。通过详细的示例与对比&#xff0c;读者不仅能掌握引用的语法规则和使用技巧&#xff0c;还能理解引用在性能…...

【生产实践】Linux中/usr/bin、/usr/sbin与/usr/local的关系解析(2025年技术规范)

一、核心定位与功能划分 /usr/bin&#xff1a;用户级通用命令库 • 定位&#xff1a;存储系统预装的用户级可执行文件&#xff0c;这些命令通常由Linux发行版官方软件包管理器&#xff08;如APT、YUM&#xff09;安装&#xff0c;属于系统默认功能的一部分。 • 示例命令&#…...

数据可视化:用一张图讲好一个故事

在这个信息爆炸的时代&#xff0c;数据无处不在&#xff0c;但如何让复杂的数据变得通俗易懂&#xff1f;数据可视化就是一把神奇的钥匙。它不仅能将枯燥的数字转化为生动的图像&#xff0c;还能挖掘出数据背后隐藏的故事。然而&#xff0c;很多人对数据可视化的理解还停留在表…...

C++获取目录中所有图片路径的函数get_image_paths解析

本文将全面解析一个用于获取目录中图片路径的C函数get_image_paths&#xff0c;从基础语法到高级概念&#xff0c;涵盖C标准库、文件系统操作、异常处理等多个方面。 原始代码 std::vector<std::string> get_image_paths(const std::string& directory_path) {log_…...

物联网无线传感方向专业词汇解释

涡旋电磁波(VEMW)&#xff1a;一种具有轨道角动量的电磁波&#xff0c;其特性在于能够在传播过程中携带额外的相位信息&#xff0c;从而增加通信系统的容量和灵活性。波前&#xff1a;波动传播过程中&#xff0c;同一时刻振动相位相同的所有点构成的几何曲面&#xff0c;代表波…...

【C语言指针超详解(五)】--回调函数,qsort函数的理解和使用,qsort函数的模拟实现

目录 一.回调函数 1.1--回调函数的概念 1.2--回调函数改造计算器程序 二.qsort函数的理解和使用 2.1--qsort函数的理解 2.2--使用qsort函数排序整型数据 2.3--使用qsort函数排序结构数据 三.qsort函数的模拟实现 &#x1f525;个人主页&#xff1a;草莓熊Lotso的个人主…...

【Linux网络】————HTTP协议详解

作者主页&#xff1a; 作者主页 本篇博客专栏&#xff1a;Linux 创作时间 &#xff1a;2025年5月11日 1. HTTP 协议介绍 基本介绍&#xff1a; http协议全称&#xff1a;超文本传输协议&#xff0c;适用于从万维网服务器传输超文本到本地的传送协议。HTTP是一种应用层协议…...

使用WinSW工具将exe注册为window服务

下载工具WinSW(工具在GitHub上 打不开就需要魔法VPN) 文件准备 将以下文件放在同一个目录&#xff08;例如&#xff1a;WebSocketService 文件夹&#xff09;中&#xff1a; WebScoket.exe WinSW-x64.exe WebScoketService.xml ← 服务配置文件 install_service.bat ←…...

远程命令执行RCE概述

远程命令执行RCE诞生于1997年&#xff0c;比SQL注入早1年&#xff0c;据说当时的程序员发现在网站里可以随意的删除网页&#xff0c;就像删除本地文件一样简单&#xff0c;但是这种场景相对不多&#xff0c;因此没有SQL注入广泛&#xff0c;早期的web攻击像现在的护网一样&…...

在 .NET 8 开发的WinForms 程序中展示程序版本号的几种方式

前言 欢迎关注dotnet研习社&#xff0c;今天我们讨论一个Winform开发中的一个常见的需求内容“关于程序的版本号显示”。 在 WinForms 桌面应用程序开发中&#xff0c;向用户显示当前程序的版本号是一个常见的需求&#xff0c;尤其是在产品发布、更新提示或技术支持场景中尤为…...

[特殊字符] Spring Cloud 微服务项目中 common 模块依赖导致网关启动失败的排查与解决

在进行微服务开发时&#xff0c;我们通常会抽取一个 common 公共模块&#xff0c;封装一些通用配置类、工具类、拦截器、常用组件依赖等&#xff0c;供多个微服务共享使用。 但近期在实际开发中&#xff0c;出现了一个典型问题&#xff1a;在 Gateway 网关模块中引入 common 后…...

Java SpringMVC 和 MyBatis 整合关键配置详解

目录 一、数据源配置二、MyBatis 工厂配置三、Mapper 扫描配置四、SpringMVC 配置五、整合示例实体类Mapper 接口Mapper XML 文件Service 类控制器JSP 页面六、总结在 Java Web 开发中,SpringMVC 和 MyBatis 是两个常用框架。SpringMVC 负责 Web 层的请求处理和视图渲染,MyBa…...