基于多进程SERVER的TCP连接

一、实验各演示区域说明

① 服务器 server 运行区；

② 客户端 client(1) 运行区；

③ 客户端 client(2) 运行区；

④ 各进程状态观测与控制区。

二、实验内容

1. 测试运行之前做过的单进程程序

尝试使用多台client同时与server连接，可以看到一直只有一个server进程在运行。

2. 修改server程序，添加对fork()的调用，实现多个子进程同时运行

（1）客户端client程序（保持不变）：

xxxxxxxxxx
#include <netinet/in.h> // for sockaddr_in
#include <sys/types.h>  // for socket
#include <sys/socket.h> // for socket
#include <stdio.h>      // for printf
#include <stdlib.h>     // for exit
#include <string.h>     // for bzero

#define SERVER_PORT 6666
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)
{
    if (argc != 2) // 判断有没有输入服务器ip
    {
        printf("注意使用方法: %s ServerIPAddress\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    // 设置一个socket地址结构client_addr, 代表客户机的ip地址和端口
    struct sockaddr_in client_addr;
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
    client_addr.sin_family = AF_INET;                // internet协议族IPv4
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); // INADDR_ANY表示自动获取本机地址
    client_addr.sin_port = htons(0);                 // auto allocated, 让系统自动分配一个空闲端口

    // 创建用于internet的流协议(TCP)类型socket，用client_socket代表客户端socket
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (client_socket < 0)
    {
        printf("Create Socket Failed!\n");
        exit(1);
    }
    else
        printf("Create Socket Success.\n");

    // 把客户端的socket和客户端的socket地址结构绑定
    if (bind(client_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr)))
    {
        printf("Client Bind Port Failed!\n");
        exit(1);
    }
    else
        printf("Client Bind Port Success.\n");

    // 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址和端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;

    // 服务器的IP地址来自程序的参数
    if (inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr) == 0)
    {
        printf("Server IP Address Error!\n");
        exit(1);
    }

    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    int server_addr_length = sizeof(server_addr);

    // 向服务器发起连接请求，连接成功后client_socket代表客户端和服务器端的一个socket连接
    if (connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, server_addr_length) < 0)
    {
        printf("Can Not Connect To %s!\n", argv[1]);
        exit(1);
    }
    else
        printf("Alreadly Connect To %s.\n", argv[1]);

    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];
    bzero(file_name, sizeof(file_name));
    printf("Please Input File Name On Server: ");
    scanf("%s", file_name);

    char buffer[BUFFER_SIZE]; // 缓存区
    bzero(buffer, sizeof(buffer));
    strncpy(buffer, file_name, strlen(file_name) > BUFFER_SIZE ? BUFFER_SIZE : strlen(file_name));
    // 向服务器发送buffer中的数据，此时buffer中存放的是客户端需要接收的文件的名字
    send(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
    // send , sendto(), recv(),recvfrom()
    FILE *fp = fopen(file_name, "w");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("File: %s Can Not Open To Write!\n", file_name);
        exit(1);
    }

    // 从服务器端接收数据到buffer中
    bzero(buffer, sizeof(buffer));
    int length = 0;
    while (length = recv(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0))
    {
        if (length < 0)
        {
            printf("Recieve Data From Server %s Failed!\n", argv[1]);
            break;
        }

        int write_length = fwrite(buffer, sizeof(char), length, fp);
        if (write_length < length)
        {
            printf("File:\t%s Write Failed!\n", file_name);
            break;
        }
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
    }

    printf("Recieve File: %s From Server[%s] Finished!\n", file_name, argv[1]);

    // 传输完毕，关闭socket
    fclose(fp);
    close(client_socket);
    return 0;
}

（2）服务端server程序（调用fork函数）：

xxxxxxxxxx
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define SERVER_PORT 6666 // 端口号
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)
{
    // 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器ip地址和端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));        // 每个字节都用0填充
    server_addr.sin_family = AF_INET;                // 使用IPv4地址
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); // INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或“所有地址”、“任意地址”。表示监听所有的IP地址
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);       // 端口

    // 创建用于流协议(TCP)socket，用server_socket代表服务器向客户端提供服务的接口
    int server_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket < 0)
    {
        printf("Create Socket Failed!\n");
        exit(1);
    }
    else
        printf("Create Socket Success.\n");

    // 把socket和socket地址结构绑定
    if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)))
    {
        printf("Server Bind Port: %d Failed!\n", SERVER_PORT);
        exit(1);
    }
    else
        printf("Client Bind Port Success.\n");

    // server_socket用于监听，进入监听状态，等待用户发起请求
    if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))
    {
        printf("Server Listen Failed!\n");
        exit(1);
    }
    else
        printf("Listening....\n");

    // 服务器始终监听
    while (1)
    {
        // 定义客户端的socket地址结构client_addr，当收到来自客户端的请求后，调用accept
        // 接受此请求，同时将client端的地址和端口等信息写入client_addr中
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t length = sizeof(client_addr);

        // 接受一个从client端到达server端的连接请求,将客户端的信息保存在client_addr中
        // 如果没有连接请求，则一直等待直到有连接请求为止，这是accept函数的特性
        // accpet返回一个新的socket,这个socket用来与此次连接到server的client进行通信
        // 这里的new_server_socket代表了这个通信通道
        int new_server_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &length);
        if (new_server_socket < 0)
        {
            printf("Server Accept Failed!\n");
            break;
        }
        else
            printf("Server Accept Success.\n");

        // 使用fork()函数创建一个子进程，用于与客户端进行文件传输
        int pid = fork();
        if (pid < 0)
        {
            perror("创建子进程失败！\n");
            return -1;
        }
        else if (pid == 0)
        {
            // 子进程中
            close(server_socket); // 关闭监听套接字
            char buffer[BUFFER_SIZE];
            bzero(buffer, sizeof(buffer));
            length = recv(new_server_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
            if (length < 0)
            {
                printf("Server Recieve Data Failed!\n");
                break;
            }
            else
                printf("Server Recieve Data Success.\n");

            char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];
            bzero(file_name, sizeof(file_name));
            strncpy(file_name, buffer,
                    strlen(buffer) > FILE_NAME_MAX_SIZE ? FILE_NAME_MAX_SIZE : strlen(buffer));

            FILE *fp = fopen(file_name, "r"); // 获取文件操作符
            if (fp == NULL)
            {
                printf("File:\t%s Not Found!\n", file_name);
            }
            else
            {
                bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
                int file_block_length = 0;
                while ((file_block_length = fread(buffer, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)
                {
                    // 发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际上就是发送给客户端
                    if (send(new_server_socket, buffer, file_block_length, 0) < 0)
                    {
                        printf("Send File:\t%s Failed!\n", file_name);
                        break;
                    }

                    bzero(buffer, sizeof(buffer));
                }
                fclose(fp);
                printf("File:\t%s Transfer Finished!\n", file_name);
            }
            // printf("----------------------------------------------------------------\n");
            // printf("成功创建子进程。（这是子进程的代码区） \t\tpid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
            // printf("----------------------------------------------------------------\n\n");
            close(new_server_socket); // 关闭与客户端的连接套接字
            exit(0);                  // 子进程退出
        }
        else
        {
            // 父进程中
            close(new_server_socket); // 关闭与客户端的连接套接字，继续监听其他客户端的连接请求
            // printf("================================================================\n");
            // printf("这是父进程。（这是父进程的代码区）。cpid = %d, pid = %d, ppid = %d\n", pid, getpid(), getppid());
            // printf("================================================================\n\n");
        }
    }

    close(server_socket);

    return 0;
}

3. 运行新的程序，观测各个演示界面效果

（1）可以看到，两台客户端分别连接到服务端的不同进程：

（2）查看server父进程与子进程的进程号关系：

4. 在实际公网环境运行新的程序，测试程序的实际可用性