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使用Select实现非阻塞网络编程

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背景介绍

在 RT-Thread 使用 socket 网络编程时,由于 socket 的 recv 和 send 的实现是阻塞式的,因此当一个任务调用 recv() 函数接收数据时,如果 socket 上并没有接收到数据,这个任务将阻塞在 recv() 函数里。这个时候,这个任务想要处理一些其他事情,就变得不可能了。

在要求网络传输的同时,还能处理其他的数据的场景下,就需要用到 select 了,select 能够同时监视多个非阻塞 socket 的多个事件,这对于以上问题的解决有着重要的意义。

这里我们先用一个简单的 利用 select 实现的 tcp 客户端 ,给大家展示 select 函数的基本用法。在掌握 select 的基本用法之后,就可以从下面的应用笔记中找到以上问题的解决方法了。

应用笔记:基于多线程的非阻塞 socket 编程

准备工作

获取示例代码

RT-Thread samples 软件包中已有一份该示例代码 tcpclient_select_sample.c,可以通过 env 配置将示例代码加入到项目中。

按照下面的路径即可开启 select 的示例代码

 RT-Thread online packages  --->
     miscellaneous packages  --->
         samples: RT-Thread kernel and components samples  --->
             [*] a network_samples package for rt-thread  --->
                 [*]   [network] tcp client by select api

示例代码文件

/* 
 * Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team 
 * 
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 
 * 
 * Change Logs: 
 * Date             Author      Notes
 * 
 */
/* 程序清单:利用 select 实现的 tcp 客户端
 *
 * 这是一个 利用 select 实现 tcp 客户端的例程
 * 导出 tcpclient_select 命令到控制终端
 * 命令调用格式:tcpclient_select URL PORT
 * URL:服务器地址 PORT::端口号
 * 程序功能:利用 select 监听 socket 是否有数据到达,
 * 有数据到达的话再接收并显示从服务端发送过来的信息,
 * 接收到开头是 'q' 或 'Q' 的信息退出程序
*/
#include <rtthread.h>
#include <sys/socket.h> /* 使用BSD socket,需要包含socket.h头文件 */
#include <netdb.h>
#include <sys/select.h> /* 使用 dfs select 功能  */
#include <string.h>
#include <finsh.h>

#define BUFSZ   1024

static const char send_data[] = "This is TCP Client from RT-Thread."; /* 发送用到的数据 */
void tcpclient_select(int argc, char **argv)
{
    int ret;
    char *recv_data;
    struct hostent *host;
    int sock, bytes_received;
    struct sockaddr_in server_addr;
    const char *url;
    int port;
    fd_set readset;
    int i, maxfdp1;

    if (argc < 3)
    {
        rt_kprintf("Usage: tcpclient_select URL PORT\n");
        rt_kprintf("Like: tcpclient_select 192.168.12.44 5000\n");
        return ;
    }

    url = argv[1];
    port = strtoul(argv[2], 0, 10);

    /* 通过函数入口参数url获得host地址(如果是域名,会做域名解析) */
    host = gethostbyname(url);

    /* 分配用于存放接收数据的缓冲 */
    recv_data = rt_malloc(BUFSZ);
    if (recv_data == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory\n");
        return;
    }

    /* 创建一个socket,类型是SOCKET_STREAM,TCP类型 */
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        /* 创建socket失败 */
        rt_kprintf("Socket error\n");

        /* 释放接收缓冲 */
        rt_free(recv_data);
        return;
    }

    /* 初始化预连接的服务端地址 */
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(port);
    server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
    rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));

    /* 连接到服务端 */
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
    {
        /* 连接失败 */
        rt_kprintf("Connect fail!\n");
        closesocket(sock);

        /*释放接收缓冲 */
        rt_free(recv_data);
        return;
    }

    /* 获取需要监听的描述符号最大值 */
    maxfdp1 = sock + 1;

    while (1)
    {
        /* 清空可读事件描述符列表 */
        FD_ZERO(&readset);

        /* 将需要监听可读事件的描述符加入列表 */
        FD_SET(sock, &readset);

        /* 等待设定的网络描述符有事件发生 */
        i = select(maxfdp1, &readset, RT_NULL, RT_NULL, RT_NULL);

        /* 至少有一个文件描述符有指定事件发生再向后运行 */
        if (i == 0) continue;

        /* 查看 sock 描述符上有没有发生可读事件 */
        if (FD_ISSET(sock, &readset))
        {
            /* 从sock连接中接收最大BUFSZ - 1字节数据 */
           bytes_received = recv(sock, recv_data, BUFSZ - 1, 0);
           if (bytes_received < 0)
           {
               /* 接收失败,关闭这个连接 */
               closesocket(sock);
               rt_kprintf("\nreceived error,close the socket.\r\n");

               /* 释放接收缓冲 */
               rt_free(recv_data);
               break;
           }
           else if (bytes_received == 0)
           {
               /* 默认 recv 为阻塞模式,此时收到0认为连接出错,关闭这个连接 */
               closesocket(sock);
               rt_kprintf("\nreceived error,close the socket.\r\n");

               /* 释放接收缓冲 */
               rt_free(recv_data);
               break;
           }

           /* 有接收到数据,把末端清零 */
           recv_data[bytes_received] = '\0';

           if (strncmp(recv_data, "q", 1) == 0 || strncmp(recv_data, "Q", 1) == 0)
           {
               /* 如果是首字母是q或Q,关闭这个连接 */
               closesocket(sock);
               rt_kprintf("\n got a 'q' or 'Q',close the socket.\r\n");

               /* 释放接收缓冲 */
               rt_free(recv_data);
               break;
           }
           else
           {
               /* 在控制终端显示收到的数据 */
               rt_kprintf("\nReceived data = %s ", recv_data);
           }

           /* 发送数据到sock连接 */
           ret = send(sock, send_data, strlen(send_data), 0);
           if (ret < 0)
           {
               /* 接收失败,关闭这个连接 */
               closesocket(sock);
               rt_kprintf("\nsend error,close the socket.\r\n");

               rt_free(recv_data);
               break;
           }
           else if (ret == 0)
           {
               /* 打印send函数返回值为0的警告信息 */
               rt_kprintf("\n Send warning,send function return 0.\r\n");
           }
        }
    }
    return;
}

MSH_CMD_EXPORT(tcpclient_select, a tcp client sample by select api);

在 msh shell 中运行示例代码

在运行示例代码之前需要先在电脑上开启一个 TCP 服务器,这里以网络调试助手 IPOP 为例。

搭建服务器

然后,查看本机 ip 地址

在 windows 系统中打开命令提示符,输入 ipconfig 即可查看本机 ip

查看 IP 地址

然后,在系统运行起来后,在 msh 命令行下输入下面的命令即可让示例代码运行。

msh> tcpclient_select 192.168.12.44 5000

tcpclient_select 有两个参数 URL PORT,其中:

  • URL 是目标服务器的网址或 IP 地址
  • PORT 是目标服务器的端口号

连接到服务器

从服务端向客户端发送数据

发数据到客户端

预期结果

从客户端能接收到服务端发来的数据,发送字符 'q' 即可断开连接

预期结果

注意事项

  • 请关闭防火墙之后,再运行此例程。

引用参考

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