客户端程序设计范式

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客户端程序设计范式

1，基本的TCP客户程序

存在两个问题：

1.进程在被阻塞以等待客户输入期间，看不到诸如对端关闭等网络事件；

2.停-等模式，批处理效率极低；

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#include	"unp.h"

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	char	sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

	while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

		Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

		if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)
			err_quit("str_cli: server terminated prematurely");

		Fputs(recvline, stdout);
	}
}

2，迭代客户程序

通过select使进程能够在等待用户输入期间得到网络时间通知，

存在问题：

1.然而不能正确处理批量输入（使用shutdown解决，即告诉已经完成数据发送，但保持在路上传输的数据）；

2.fgets只返回第一行，其余 输入行仍在stdio缓冲区，select随后再次进入等待新工作中，所以select不要和标准IO同时使用；

3.使用的是阻塞IO，如调用writen，如果套接字发送缓冲区已满，writen会阻塞；

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#include	"unp.h"

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	int			maxfdp1;
	fd_set		rset;
	char		sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

	FD_ZERO(&rset);
	for ( ; ; ) {
		FD_SET(fileno(fp), &rset);
		FD_SET(sockfd, &rset);
		maxfdp1 = max(fileno(fp), sockfd) + 1;
		Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

		if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {	/* socket is readable */
			if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)
				err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
			Fputs(recvline, stdout);
		}

		if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) {  /* input is readable */
			if (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) == NULL)//有缓冲区问题
				return;		/* all done */
			Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));
		}
	}
}

shutdown修改版

使其正确处理批量输入，还废弃以文本为中心的代码，改为针对缓冲区的操作。

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#include	"unp.h"

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	int			maxfdp1, stdineof;
	fd_set		rset;
	char		buf[MAXLINE];
	int		n;

	stdineof = 0;
	FD_ZERO(&rset);
	for ( ; ; ) {
		if (stdineof == 0)
			FD_SET(fileno(fp), &rset);
		FD_SET(sockfd, &rset);
		maxfdp1 = max(fileno(fp), sockfd) + 1;
		Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

		if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {	/* socket is readable */
			if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
				if (stdineof == 1)
					return;		/* normal termination */
				else
					err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
			}

			Write(fileno(stdout), buf, n);
		}

		if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) {  /* input is readable */
			if ( (n = Read(fileno(fp), buf, MAXLINE)) == 0) {
				stdineof = 1;
				Shutdown(sockfd, SHUT_WR);	/* send FIN */
				FD_CLR(fileno(fp), &rset);
				continue;
			}

			Writen(sockfd, buf, n);
		}
	}
}

3，使用非阻塞I/O实现的客户程序

通过设置套接字选项来实现非阻塞。阻塞的话就直接停在那等条件成熟，非阻塞就继续其他工作，或立刻返回相应条件。

可能阻塞的四类：

1.输入操作，如read, readv, recv, recvfrom，recvmsg

2.输出操作，如write，writev，send，sendto，sendmsg

3.接受外来连接，accept

4.发起外出连接，connect，这可以使三路握手叠加在其他处理上，同时建立多个连接

非阻塞读写例子

使用自己的缓冲区，使其不用阻塞于套接字缓冲区或则标准缓冲区中，但新建自己的缓冲区会使代码复杂。如客户端一部分缓冲用于发送数据，部分用于接受数据，两者同时进行。详细见书。

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/* include nonb1 */
#include	"unp.h"

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	int			maxfdp1, val, stdineof;
	ssize_t		n, nwritten;
	fd_set		rset, wset;
	char		to[MAXLINE], fr[MAXLINE];
	char		*toiptr, *tooptr, *friptr, *froptr;

	val = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
	Fcntl(sockfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

	val = Fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0);
	Fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

	val = Fcntl(STDOUT_FILENO, F_GETFL, 0);
	Fcntl(STDOUT_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

	toiptr = tooptr = to;	/* initialize buffer pointers */
	friptr = froptr = fr;
	stdineof = 0;

	maxfdp1 = max(max(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO), sockfd) + 1;
	for ( ; ; ) {
		FD_ZERO(&rset);
		FD_ZERO(&wset);
		if (stdineof == 0 && toiptr < &to[MAXLINE])
			FD_SET(STDIN_FILENO, &rset);	/* read from stdin */
		if (friptr < &fr[MAXLINE])
			FD_SET(sockfd, &rset);			/* read from socket */
		if (tooptr != toiptr)
			FD_SET(sockfd, &wset);			/* data to write to socket */
		if (froptr != friptr)
			FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset);	/* data to write to stdout */

		Select(maxfdp1, &rset, &wset, NULL, NULL);
/* end nonb1 */
/* include nonb2 */
		if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rset)) {
			if ( (n = read(STDIN_FILENO, toiptr, &to[MAXLINE] - toiptr)) < 0) {
				if (errno != EWOULDBLOCK)
					err_sys("read error on stdin");

			} else if (n == 0) {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: EOF on stdin\n", gf_time());
#endif
				stdineof = 1;			/* all done with stdin */
				if (tooptr == toiptr)
					Shutdown(sockfd, SHUT_WR);/* send FIN */

			} else {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from stdin\n", gf_time(), n);
#endif
				toiptr += n;			/* # just read */
				FD_SET(sockfd, &wset);	/* try and write to socket below */
			}
		}

		if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
			if ( (n = read(sockfd, friptr, &fr[MAXLINE] - friptr)) < 0) {
				if (errno != EWOULDBLOCK)
					err_sys("read error on socket");

			} else if (n == 0) {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: EOF on socket\n", gf_time());
#endif
				if (stdineof)
					return;		/* normal termination */
				else
					err_quit("str_cli: server terminated prematurely");

			} else {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from socket\n",
								gf_time(), n);
#endif
				friptr += n;		/* # just read */
				FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset);	/* try and write below */
			}
		}
/* end nonb2 */
/* include nonb3 */
		if (FD_ISSET(STDOUT_FILENO, &wset) && ( (n = friptr - froptr) > 0)) {
			if ( (nwritten = write(STDOUT_FILENO, froptr, n)) < 0) {
				if (errno != EWOULDBLOCK)
					err_sys("write error to stdout");

			} else {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to stdout\n",
								gf_time(), nwritten);
#endif
				froptr += nwritten;		/* # just written */
				if (froptr == friptr)
					froptr = friptr = fr;	/* back to beginning of buffer */
			}
		}

		if (FD_ISSET(sockfd, &wset) && ( (n = toiptr - tooptr) > 0)) {
			if ( (nwritten = write(sockfd, tooptr, n)) < 0) {
				if (errno != EWOULDBLOCK)
					err_sys("write error to socket");

			} else {
#ifdef	VOL2
				fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to socket\n",
								gf_time(), nwritten);
#endif
				tooptr += nwritten;	/* # just written */
				if (tooptr == toiptr) {
					toiptr = tooptr = to;	/* back to beginning of buffer */
					if (stdineof)
						Shutdown(sockfd, SHUT_WR);	/* send FIN */
				}
			}
		}
	}
}
/* end nonb3 */

4，使用子进程的客户程序

单个子进程处理客户到服务器数据，父进程处理服务器到客户数据的程序

注意：下面有提到父进程不能调用close，改为shutdown

​ 我们所期望的是父进程获取完标准终端的数据，写入套接字后close套接字，并退出，服务器端接收完数据检测到EOF（表示数据已发送完），也关闭连接，并退出。子进程读取完服务器端响应的数据，并退出。然而，事实会是这样子的嘛，其实不然！父进程close套接字后，套接字对于子进程来说仍然是可读和可写的，尽管子进程永远都不会写入数据。因此，此socket的断连过程没有发生，因此，服务器端就不会检测到EOF标识，会一直等待从客户端来的数据。而此时子进程也不会检测到服务器端发来的EOF标识。这样服务器端和客户端陷入了死锁。如果用shutdown代替close，则会避免死锁的发生。

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#include	"unp.h"

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
	pid_t	pid;
	char	sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

	if ( (pid = Fork()) == 0) {		/* child: server -> stdout */
		while (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) > 0)
			Fputs(recvline, stdout);

		kill(getppid(), SIGTERM);	//服务器停运，子进程告诉父进程不用查看输入了
		exit(0); 
	}

		/* parent: stdin -> server */
	while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
		Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

	Shutdown(sockfd, SHUT_WR);	/* EOF on stdin, send FIN *///父进程不能调用close
	pause();
	return;
}

5，使用线程的客户程序

使用线程代替进程，过程同上

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#include	"unpthread.h"

void	*copyto(void *);

static int	sockfd;		/* global for both threads to access */
static FILE	*fp;

void
str_cli(FILE *fp_arg, int sockfd_arg)
{
	char		recvline[MAXLINE];
	pthread_t	tid;

	sockfd = sockfd_arg;	/* copy arguments to externals */
	fp = fp_arg;

	Pthread_create(&tid, NULL, copyto, NULL);

	while (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) > 0)
		Fputs(recvline, stdout);
}

void *
copyto(void *arg)
{
	char	sendline[MAXLINE];

	while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
		Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

	Shutdown(sockfd, SHUT_WR);	/* EOF on stdin, send FIN */

	return(NULL);
		/* 4return (i.e., thread terminates) when EOF on stdin */
}

总的运行时间

1，354.s

2，12.3s

3，6.9s（代码复杂）

4，8.7s（fork在多进程下运行代价高）

5，8.5s（推荐）