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TCP模型，mqtt协议01 day41

news 2025/7/26 9:24:29

十一：TCP模型

一：select/epoll的双工通信

// server
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>typedef struct sockaddr *(SA);
int main(int argc, char **argv) {// udp 用户数据报int udpfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (-1 == udpfd) {perror("socket");return 1;}//给套接字 设定IP +port// man 7 ip// ser 是本服务器的地址+port  ，cli 准备存储客户端 的地址+portstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET; // ipv4// host to net short//小端转大端ser.sin_port = htons(50000);//点分十进制转 大端ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");int ret = bind(udpfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret) {perror("bind");return 1;}// 1 创建集合fd_set rd_set, tmp_set;// 2  add  fdFD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmp_set);FD_SET(udpfd, &tmp_set);FD_SET(0, &tmp_set);socklen_t len = sizeof(cli);char buf[512] = {0};recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (SA)&cli, &len);bzero(buf, sizeof(buf));while (1) {rd_set = tmp_set;select(udpfd + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL);if (FD_ISSET(0, &rd_set)) {printf("自己:");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf) - 1] = '\0';sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&cli, len);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}}if (FD_ISSET(udpfd, &rd_set)) {recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}printf("对面:%s\n", buf);}}close(udpfd);// system("pause");return 0;
}
-----------------------------------------------------------
// client 客户端
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>typedef struct sockaddr *(SA);
int main(int argc, char **argv) {// internet ip v4int udpfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (-1 == udpfd) {perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser;bzero(&ser, sizeof(ser));ser.sin_family = AF_INET; // ipv4// host to net short//小端转大端ser.sin_port = htons(50000);//点分十进制转 大端ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");// 1 创建集合fd_set rd_set, tmp_set;// 2  add  fdFD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmp_set);FD_SET(udpfd, &tmp_set);FD_SET(0, &tmp_set);socklen_t len = sizeof(ser);char buf[512] = "start";sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&ser, sizeof(ser));while (1) {rd_set = tmp_set;select(udpfd + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL);char buf[512] = {0};if (FD_ISSET(0, &rd_set)) {printf("自己:");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf) - 1] = '\0';sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&ser, len);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}}if (FD_ISSET(udpfd, &rd_set)) {recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}printf("对面:%s\n", buf);}}close(udpfd);// system("pause");return 0;
}

// server
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>int add_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}
int del_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}typedef struct sockaddr *(SA);
int main(int argc, char **argv) {// udp 用户数据报int udpfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (-1 == udpfd) {perror("socket");return 1;}//给套接字 设定IP +port// man 7 ip// ser 是本服务器的地址+port  ，cli 准备存储客户端 的地址+portstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET; // ipv4// host to net short//小端转大端ser.sin_port = htons(50000);//点分十进制转 大端ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");int ret = bind(udpfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret) {perror("bind");return 1;}// -------------------------------------------------------------int epfd = epoll_create(2);if (-1 == epfd) {perror("epoll_create");exit(1);}struct epoll_event rev[2];// 2 add fdadd_fd(epfd, 0);add_fd(epfd, udpfd);socklen_t len = sizeof(cli);char buf_t[512] = {0};recvfrom(udpfd, buf_t, sizeof(buf_t), 0, (SA)&cli, &len);while (1) {char buf[1024] = {0};int ep_ret = epoll_wait(epfd, rev, 2, -1);// int timeout：指定等待事件的最大时间，//如果设置为 -1，则表示无限等待，0 表示非阻塞模式。for (int i = 0; i < ep_ret; ++i) {if (rev[i].data.fd == udpfd) {int rd_ret = recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);// 管道的写端关闭if (rd_ret <= 0) {del_fd(epfd, udpfd);close(udpfd);continue;}// recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);printf("对面:%s\n", buf);}if (0 == rev[i].data.fd) {bzero(buf, sizeof(buf));printf("自己:");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf) - 1] = '\0';sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&cli, len);}}}close(udpfd);// system("pause");return 0;
}
-----------------------------------------------------------------
// client 客户端
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>int add_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}
int del_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}typedef struct sockaddr *(SA);
int main(int argc, char **argv) {// internet ip v4int udpfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (-1 == udpfd) {perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser;bzero(&ser, sizeof(ser));ser.sin_family = AF_INET; // ipv4// host to net short//小端转大端ser.sin_port = htons(50000);//点分十进制转 大端ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");// -------------------------------------------------------------int epfd = epoll_create(2);if (-1 == epfd) {perror("epoll_create");exit(1);}struct epoll_event rev[2];// 2 add fdadd_fd(epfd, 0);add_fd(epfd, udpfd);socklen_t len = sizeof(ser);char buf[512] = "start";sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&ser, sizeof(ser));while (1) {char buf[1024] = {0};int ep_ret = epoll_wait(epfd, rev, 2, -1);// int timeout：指定等待事件的最大时间，//如果设置为 -1，则表示无限等待，0 表示非阻塞模式。for (int i = 0; i < ep_ret; ++i) {if (rev[i].data.fd == udpfd) {int rd_ret = recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);// 管道的写端关闭if (rd_ret <= 0) {del_fd(epfd, udpfd);close(udpfd);continue;}// recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}printf("对面:%s\n", buf);}if (0 == rev[i].data.fd) {bzero(buf, sizeof(buf));printf("自己:");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf) - 1] = '\0';sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&ser, len);if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")) {exit(0);}}}}close(udpfd);// system("pause");return 0;
}

二：TCP:select

多个客户端连接服务器

listfd的误区：listfd 3不代表只能绑三个客户端，他中间有时间间断要去三次握手，第四个只是要等一会才能接受

listen(sockfd, 3);
表示：内核最多允许有 3 个客户端连接处于“等待被你服务器 accept() 处理”的状态。超过 3 个之后：1.要么新来的客户端连接会被拒绝（返回 ECONNREFUSED 错误），2.要么客户端阻塞等待（取决于系统和协议栈设置）。

`listen(fd, 3)` 并不是客户端连接总数限制，而是等待 `accept` 的连接数限制。你完全可以接入成百上千个客户端，只要你能及时 `accept()` 并处理。

//ser
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr*(SA);
int main(int argc, char** argv)
{//监听套接字 功能检测是否有客户端 连连接服务器int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == listfd){perror("socket");return 1;}// man 7 ipstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret){perror("bind");return 1;}// 同一时刻可以服务器建立连接的排队数listen(listfd, 3);socklen_t len = sizeof(cli);//1 create set  fd_set rd_set,tmp_set;//2 add fd  FD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmp_set);FD_SET(listfd,&tmp_set);int maxfd = listfd;while (1){rd_set = tmp_set;select(maxfd+1,&rd_set,NULL,NULL,NULL);for(int i = listfd ;i<maxfd+1;++i){if(FD_ISSET(i,&rd_set) && i ==listfd) // i代表文件描述符，i就绪(读)，且 i是监听套接字{//和客户端建立连接，并获得通信套接字，这个套接字就代表客户端int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if (-1 == conn){perror("accept");continue;}FD_SET(conn,&tmp_set); if(conn>maxfd){maxfd =conn;}}if(FD_ISSET(i,&rd_set) && i!=listfd) // 是通信套接字的情况{int conn =  i;char buf[512] = {0};int rec_ret= recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(rec_ret<=0){printf("client offline...\n");FD_CLR(conn,&tmp_set);close(conn);continue;}printf("from cli:%s\n",buf);time_t tm;time(&tm);sprintf(buf, "%s %s", buf, ctime(&tm));int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if(sd_ret<=0){perror("send");FD_CLR(conn,&tmp_set);close(conn);continue;}}}}close(listfd);return 0;
}
---------------------------------------------------------------
//cli
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr *(SA);int main(int argc, char **argv)
{int conn = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == conn){perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser;bzero(&ser, sizeof(ser));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");int ret = connect(conn, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret){perror("connect");return 1;}while (1){char buf[512] = "hello,this tcp test";int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if(sd_ret<=0){break;}bzero(buf, sizeof(buf));int ret_rec = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(ret_rec<=0){break;}printf("from  ser:%s\n",buf);sleep(1);}close(conn);// system("pause");return 0;
}

三：TCP：epoll

//ser
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr *(SA);
int add_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}
int del_fd(int epfd, int fd) {struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);if (-1 == ret) {perror("add_fd");return 1;}return 0;
}int main(int argc, char **argv) {//监听套接字 功能检测是否有客户端 连连接服务器int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == listfd) {perror("socket");return 1;}// man 7 ipstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret) {perror("bind");return 1;}// 同一时刻可以服务器建立连接的排队数listen(listfd, 3);socklen_t len = sizeof(cli);struct epoll_event rev[10] = {0};int epfd = epoll_create(10);if (-1 == epfd) {perror("epoll create");exit(1);}add_fd(epfd, listfd);while (1) {int ep_ret = epoll_wait(epfd, rev, 10, 5000);if (ep_ret > 0) {for (int i = 0; i < ep_ret; i++) {if (rev[i].data.fd == listfd) {int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if (-1 == conn) {perror("accept");continue;}add_fd(epfd, conn);} else {int conn = rev[i].data.fd;char buf[512] = {0};int rec_ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if (rec_ret <= 0) {printf("client offline..\n");del_fd(epfd, conn);close(conn);continue;}getpeername(conn, (SA)&cli, &len); // htons     ntohsprintf("from cli ip:%s port :%d :%s\n", inet_ntoa(cli.sin_addr),ntohs(cli.sin_port), buf);time_t tm;time(&tm);sprintf(buf, "%s %s", buf, ctime(&tm));int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if (sd_ret <= 0) {// break;printf("client offline...\n");del_fd(epfd, conn);close(conn);continue;}}}} else if (0 == ep_ret) {printf("time out...\n");continue;} else {perror("epoll_wait");return 1;}}close(listfd);// system("pause");return 0;
}
------------------------------------------------------
//cli
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr *(SA);int main(int argc, char **argv)
{int conn = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == conn){perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser;bzero(&ser, sizeof(ser));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.31.33");int ret = connect(conn, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret){perror("connect");return 1;}while (1){char buf[512] = "hello,this tcp test";int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if(sd_ret<=0){break;}bzero(buf, sizeof(buf));int ret_rec = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(ret_rec<=0){break;}printf("from  ser:%s\n",buf);sleep(1);}close(conn);// system("pause");return 0;
}

四：fork

只负责自己的部分，就和fifo双工通信一样。关闭与自己功能不相关的部分

netsate -anp|less、

// ser
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/wait.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr *(SA);
void myhandle(int num) { wait(NULL); }int main(int argc, char **argv) {signal(SIGCHLD, myhandle);//监听套接字 功能检测是否有客户端 连连接服务器int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == listfd) {perror("socket");return 1;}// man 7 ipstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret) {perror("bind");return 1;}// 同一时刻可以服务器建立连接的排队数listen(listfd, 3);socklen_t len = sizeof(cli);while (1) {int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if (-1 == conn) {perror("accept");close(conn);continue;}pid_t pid = fork();if (pid > 0) {close(conn);} else if (0 == pid) {close(listfd);while (1) //子线程运行不止一次，他要反复的收发{char buf[512] = {0};int rec_ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if (rec_ret <= 0) {printf("cli offline..\n");exit(0);}printf("from cli:%s\n", buf);time_t tm;time(&tm);sprintf(buf, "%s %s", buf, ctime(&tm));int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if (sd_ret <= 0) {printf("cli offline...\n");exit(0);}}} else {perror("fork");exit(1);}}close(listfd);// system("pause");return 0;
}

五：th线程

涉及th调度问题，因为accept和pthread_create如果没有设置同步，在一些情况（比如调度频繁），会导致accept比pthread_create还快，就会导致int conn的值不能正确的传递，发生错误，所以用sem_t 保护conn值

<semaphore.h> 是一个 POSIX 标准定义的头文件，用于提供信号量（semaphore）的接口 sem_t

// ser
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
typedef struct sockaddr *(SA);
sem_t sem_arg;
void *th(void *arg) {int conn = *(int *)arg;sem_post(&sem_arg);pthread_detach(pthread_self());//用分离还回收线程，不用join，因为线程不是走一次就直接回收，他也要反复收发while (1) {char buf[512] = {0};int rec_ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if (rec_ret <= 0) {printf("cli offline \n");break;}printf("from cli:%s\n", buf);time_t tm;time(&tm);sprintf(buf, "%s %s", buf, ctime(&tm));int sd_ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if (sd_ret <= 0) {printf("cli offline \n");break;}}return NULL;
}
int main(int argc, char **argv) {//监听套接字 功能检测是否有客户端 连连接服务器int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == listfd) {perror("socket");return 1;}// man 7 ipstruct sockaddr_in ser, cli;bzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50000);// 代表本机地址  外部客户端可以连接到服务器ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret) {perror("bind");return 1;}// 同一时刻可以服务器建立连接的排队数listen(listfd, 3);socklen_t len = sizeof(cli);sem_init(&sem_arg, 0, 0); //设置同步，保护argwhile (1) {int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if (-1 == conn) {perror("accept");close(conn);continue;}pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, th, &conn);sem_wait(&sem_arg);}sem_destroy(&sem_arg);close(listfd);// system("pause");return 0;
}

十二：MQTT协议

一：基础概念

mqtt 协议 ： 消息队列遥测传输协议

适合嵌入式设备，移动设备，资源受限。带宽低，低功耗。希望传输可靠等场景。

工作过程。 3个端 :发布者，订阅者，broker(代理服务器)。
发布者发送数据(必须携带主题名)到服务器，服务器会查看自己订阅链表, 如果有订阅该主题的订阅者，就会转发数据。
订阅者需要向服务器注册自己关心的主题名，服务器记录该主题被订阅，已经是那个客户端订阅的。
订阅者也可以发布数据，发布者也可以订阅主题。

http://www.lryc.cn/news/599651.html

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