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网络编程day04（UDP、Linux IO 模型）

article 2024/11/14 9:29:53

【1】UDP

1》通信流程

2》函数接口

1> recvfrom

2> sendto

3》代码展示

1> 服务器代码

2> 客户端代码

【2】Linux IO 模型

场景假设一

1》阻塞式IO：最常见、效率低、不耗费CPU

2》非阻塞 IO：轮询、耗费CPU，可以处理多路IO

设置非阻塞的方式

1> 通过函数自带参数设置

2> 通过设置文件描述符的属性，把文件描述符的属性设置为非阻塞

3》信号驱动IO/异步IO：异步通知方式，需要底层驱动的支持

4》三种模型对比

【1】UDP

1》通信流程

服务器----------------------------------------------------------------------------》短信的接收方

创建数据报套接字（socket）------------------》有手机
指定网络信息--------------------------------------》有号码
绑定套接字（bind）------------------------------》绑定手机
接收、发送消息（recvfrom sendto）-------》收短信
关闭套接字（close）----------------------------》接收完毕

客户端---------------------------------------------------------------------------》短信的发送方

创建数据报套接字（socket）------------------》有手机
指定网络信息--------------------------------------》有对方号码
接收、发送消息（recvfrom sendto）-------》发短信
关闭套接字（close）----------------------------》发送完毕

2》函数接口

1> recvfrom

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,

struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：接收数据

参数：

sockfd：套接字描述符

buf:接收缓存区的首地址

len：接收缓存区的大小

flags：0

src_addr:发送端的网络信息结构体的指针

addrlen：发送端的网络信息结构体的大小的指针

返回值：

成功接收的字节个数

失败：-1

0:客户端退出

2> sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能：发送数据

参数：

sockfd：套接字描述符

buf:发送缓存区的首地址

len：发送缓存区的大小

flags：0

src_addr:接收端的网络信息结构体的指针

addrlen：接收端的网络信息结构体的大小

返回值：

成功发送的字节个数

失败：-1

3》代码展示

1> 服务器代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int ret;
    // 1.创建数据报套接字（socket）------------------》有手机
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {

        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    // 2.指定网络信息--------------------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_I
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);

    // 3.绑定套接字（bind）------------------------------》绑定手机
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind okk\n");
    // 4.接收、发送消息（recvfrom sendto）-------》收短信
    while (1)
    {
        // 最后两个参数存放:发送消息的人的信息
        ret = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
        if (ret < 0)
        {
            perror("recvfrom err");
            return -1;
        }
        else
        {
            printf("ip:%s port:%d buf:%s\n",inet_ntoa(caddr.sin_addr),ntohs(caddr.sin_port), buf);
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
        }
    }

    // 5.关闭套接字（close）----------------------------》接收完毕
    close(sockfd);
    return 0;
}

2> 客户端代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int ret;
    // 1.创建数据报套接字（socket）------------------》有手机
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {

        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    // 2.指定网络信息--------------------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.253.145");
    int len = sizeof(caddr);

    // 4.接收、发送消息（recvfrom sendto）-------》收短信
    while (1)
    {
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
            buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        if (strcmp(buf, "quit") == 0)
        {
            break;
        }
        sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
        memset(buf,0,sizeof(buf));
    }

    // 5.关闭套接字（close）----------------------------》接收完毕
    close(sockfd);
    return 0;
}

注意：

1.对于TCP是先运行服务器，客户端才能运行

2.对于UDP来说，服务器和客户端运行顺序没有先后，因为是无连接的，所以服务器和客户端谁先开始，没有关系

3.一个服务器可以同时连接多个客户端，想知道是哪个客户端登录，可以在服务器代码里加上打印IP和端口号的代码

4.UDP，客户端当使用send的时候，上面要加上connect，这个connect不是代表连接的作用，而是指定客户端即将要发送给谁数据，这样就不需要使用sendto而是用send就可以了

5.在TCP里，也可以使用recvfrom和sendto，使用时将后面的两个参数都写为NULL即OK

【2】Linux IO 模型

4种：阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO（异步IO）、IO多路复用

场景假设一

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？

一直看着他，一直在一个房间呆着：不累，但是不能处理其他的事情
时不时的进房间看看：累，但是可以处理其他事情
睡觉，听孩子哭不哭：互不耽误

1》阻塞式IO：最常见、效率低、不耗费CPU

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通信不是面向链接的，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丢包

tcp粘包

tcp拆包

TCP粘包、拆包发生原因：

发生TCP粘包或拆包有很多原因，常见的一下几点：

1.要发送的数据大于TCP发送缓存区剩余空间大小，将发生拆包

2.待发送数据大于MSS（传输层的最大报文长度），将进行拆包（到网络层拆包-idipflags）

3.要发送的数据小于TCP发送缓存区的大小，TCP将多次写入缓存区的数据一次发送出去，将会发生粘包

4.接收数据端的应用层没有及时读取缓冲区中的数据，将发生粘包

粘包解决方法：

解决问题的关键在于如何给每个数据包添加边界信息，常用的方法有如下：

1.发送端给每个数据包添加首部，首部中应该至少包含数据包的长度，这样接收端在接受到数据后，通过读取包首部的长度字段，便可以知道每一个数据报的实际长度了

2.发送端将每个数据包封装为固定长度，这样接收端每次从接受缓冲区中读取固定长度的数据就自然而然的把每个数据包拆分开来。

3.可以再数据包之间设置边界，如添加特殊符号，这样接收端通过这个边界既可以将不同的数据包拆分开来。

4.延时发送