1.服务端
a. 支持多个用户接入，实现聊天室的基本功能
b. 使用epoll机制实现并发，增加效率
2. 客户端
a. 支持用户输入聊天消息
b. 显示其他用户输入的信息
c. 使用fork创建两个进程
子进程有两个功能：
等待用户输入聊天信息
将聊天信息写到管道（pipe），并发送给父进程
父进程有两个功能
使用epoll机制接受服务端发来的信息，并显示给用户，使用户看到其他用户的聊天信息
将子进程发给的聊天信息从管道（pipe）中读取, 并发送给服务端
C/S模型
服务端和客户端采用经典的C/S模型，并且使用TCP连接.
TCP服务端通信的常规步骤
(1)使用socket()创建TCP套接字（socket）
(2)将创建的套接字绑定到一个本地地址和端口上（Bind）
(3)将套接字设为监听模式，准备接收客户端请求（listen）
(4)等待客户请求到来: 当请求到来后，接受连接请求，返回一个对应于此次连接的新的套接字（accept）
(5)用accept返回的套接字和客户端进行通信（使用write()/send()或send()/recv() )
(6)返回，等待另一个客户请求
(7)关闭套接字
TCP客户端通信的常规步骤
(1)创建套接字（socket）
(2)使用connect()建立到达服务器的连接（connect)
(3)客户端进行通信（使用write()/send()或send()/recv())
(4)使用close()关闭客户连接
阻塞与非阻塞socket
通常的，对一个文件描述符指定的文件或设备, 有两种工作方式: 阻塞与非阻塞方式。
（1）. 阻塞方式是指： 当试图对该文件描述符进行读写时，如果当时没有数据可读，或者暂时不可写，程序就进入等待状态，直到有东西可读或者可写为止。
（2）. 非阻塞方式是指： 如果没有数据可读，或者不可写，读写函数马上返回，而不会等待。
阻塞方式和非阻塞方式唯一的区别： 是否立即返回。本项目采用更高效的做法，所以应该将socket设置为非阻塞方式。这样能充分利用服务器资源，效率得到了很大提高。
epoll
当服务端的在线人数越来越多，会导致系统资源吃紧，I/O效率越来越慢，这时候就应该考虑epoll了。epoll是Linux内核为处理大批句柄而作改进的poll，是Linux特有的I/O函数。其特点如下：
epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本。其实现和使用方式与select/poll有很多不同，epoll通过一组函数来完成有关任务，而不是一个函数。
epoll之所以高效，是因为epoll将用户关心的文件描述符放到内核里的一个事件表中，而不是像select/poll每次调用都需要重复传入文件描述符集或事件集。比如当一个事件发生（比如说读事件），epoll无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入就绪队列的描述符集合就行了。
epoll有两种工作方式，LT(level triggered)：水平触发和ET(edge-triggered)：边沿触发。LT是select/poll使用的触发方式，比较低效；而ET是epoll的高速工作方式（本项目使用epoll的ET方式）。
epoll 共3个函数, 如下:
1、int epoll_create(int size)
创建一个epoll句柄，参数size用来告诉内核监听的数目，size为epoll所支持的最大句柄数
2、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
函数功能： epoll事件注册函数
参数epfd为epoll的句柄，即epoll_create返回值
参数op表示动作，用3个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD(注册新的fd到epfd)，
EPOLL_CTL_MOD(修改已经注册的fd的监听事件)，
EPOLL_CTL_DEL(从epfd删除一个fd)；
其中参数fd为需要监听的标示符；
参数event告诉内核需要监听的事件，event的结构如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; //Epoll events
epoll_data_t data; //User data variable
};
其中介绍events是宏的集合，本项目主要使用EPOLLIN(表示对应的文件描述符可以读，即读事件发生)
3、 int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)
等待事件的产生，函数返回需要处理的事件数目（该数目是就绪事件的数目，就是前面所说漂亮女孩的个数N）
因此服务端使用epoll的时候，步骤如下：
调用epoll_create函数在Linux内核中创建一个事件表；
然后将文件描述符（监听套接字listener）添加到所创建的事件表中；
在主循环中，调用epoll_wait等待返回就绪的文件描述符集合；
分别处理就绪的事件集合，本项目中一共有两类事件：新用户连接事件和用户发来消息事件
服务端实现
utility.h完整源码
1 #ifndef UTILITY_H_INCLUDED 2 #define UTILITY_H_INCLUDED 3 4 #include <iostream> 5 #include <list> 6 #include <sys/types.h> 7 #include <sys/socket.h> 8 #include <netinet/in.h> 9 #include <arpa/inet.h> 10 #include <sys/epoll.h> 11 #include <fcntl.h> 12 #include <errno.h> 13 #include <unistd.h> 14 #include <stdio.h> 15 #include <stdlib.h> 16 #include <string.h> 17 18 using namespace std; 19 20 // clients_list save all the clients's socket 21 list<int> clients_list; 22 23 /********************** macro defintion **************************/ 24 // server ip 25 #define SERVER_IP "127.0.0.1" 26 27 // server port 28 #define SERVER_PORT 8888 29 30 //epoll size 31 #define EPOLL_SIZE 5000 32 33 //message buffer size 34 #define BUF_SIZE 0xFFFF 35 36 #define SERVER_WELCOME "Welcome you join to the chat room! Your chat ID is: Client #%d" 37 38 #define SERVER_MESSAGE "ClientID %d say >> %s" 39 40 // exit 41 #define EXIT "EXIT" 42 43 #define CAUTION "There is only one int the char room!" 44 45 /********************** some function **************************/ 46 /** 47 * @param sockfd: socket descriptor 48 * @return 0 49 **/ 50 int setnonblocking(int sockfd) 51 { 52 fcntl(sockfd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFD, 0)| O_NONBLOCK); 53 return 0; 54 } 55 56 /** 57 * @param epollfd: epoll handle 58 * @param fd: socket descriptor 59 * @param enable_et : enable_et = true, epoll use ET; otherwise LT 60 **/ 61 void addfd( int epollfd, int fd, bool enable_et ) 62 { 63 struct epoll_event ev; 64 ev.data.fd = fd; 65 ev.events = EPOLLIN; 66 if( enable_et ) 67 ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; 68 epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev); 69 setnonblocking(fd); 70 printf("fd added to epoll! "); 71 } 72 73 /** 74 * @param clientfd: socket descriptor 75 * @return : len 76 **/ 77 int sendBroadcastmessage(int clientfd) 78 { 79 // buf[BUF_SIZE] receive new chat message 80 // message[BUF_SIZE] save format message 81 char buf[BUF_SIZE], message[BUF_SIZE]; 82 bzero(buf, BUF_SIZE); 83 bzero(message, BUF_SIZE); 84 85 // receive message 86 printf("read from client(clientID = %d) ", clientfd); 87 int len = recv(clientfd, buf, BUF_SIZE, 0); 88 89 if(len == 0) // len = 0 means the client closed connection 90 { 91 close(clientfd); 92 clients_list.remove(clientfd); //server remove the client 93 printf("ClientID = %d closed. now there are %d client in the char room ", clientfd, (int)clients_list.size()); 94 95 } 96 else //broadcast message 97 { 98 if(clients_list.size() == 1) { // this means There is only one int the char room 99 send(clientfd, CAUTION, strlen(CAUTION), 0); 100 return len; 101 } 102 // format message to broadcast 103 sprintf(message, SERVER_MESSAGE, clientfd, buf); 104 105 list<int>::iterator it; 106 for(it = clients_list.begin(); it != clients_list.end(); ++it) { 107 if(*it != clientfd){ 108 if( send(*it, message, BUF_SIZE, 0) < 0 ) { perror("error"); exit(-1);} 109 } 110 } 111 } 112 return len; 113 } 114 #endif // UTILITY_H_INCLUDED
服务端完整源码
1 #include "utility.h" 2 3 int main(int argc, char *argv[]) 4 { 5 //服务器IP + port 6 struct sockaddr_in serverAddr; 7 serverAddr.sin_family = PF_INET; 8 serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); 9 serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); 10 //创建监听socket 11 int listener = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); 12 if(listener < 0) { perror("listener"); exit(-1);} 13 printf("listen socket created "); 14 //绑定地址 15 if( bind(listener, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) { 16 perror("bind error"); 17 exit(-1); 18 } 19 //监听 20 int ret = listen(listener, 5); 21 if(ret < 0) { perror("listen error"); exit(-1);} 22 printf("Start to listen: %s ", SERVER_IP); 23 //在内核中创建事件表 24 int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE); 25 if(epfd < 0) { perror("epfd error"); exit(-1);} 26 printf("epoll created, epollfd = %d ", epfd); 27 static struct epoll_event events[EPOLL_SIZE]; 28 //往内核事件表里添加事件 29 addfd(epfd, listener, true); 30 //主循环 31 while(1) 32 { 33 //epoll_events_count表示就绪事件的数目 34 int epoll_events_count = epoll_wait(epfd, events, EPOLL_SIZE, -1); 35 if(epoll_events_count < 0) { 36 perror("epoll failure"); 37 break; 38 } 39 40 printf("epoll_events_count = %d ", epoll_events_count); 41 //处理这epoll_events_count个就绪事件 42 for(int i = 0; i < epoll_events_count; ++i) 43 { 44 int sockfd = events[i].data.fd; 45 //新用户连接 46 if(sockfd == listener) 47 { 48 struct sockaddr_in client_address; 49 socklen_t client_addrLength = sizeof(struct sockaddr_in); 50 int clientfd = accept( listener, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrLength ); 51 52 printf("client connection from: %s : % d(IP : port), clientfd = %d ", 53 inet_ntoa(client_address.sin_addr), 54 ntohs(client_address.sin_port), 55 clientfd); 56 57 addfd(epfd, clientfd, true); 58 59 // 服务端用list保存用户连接 60 clients_list.push_back(clientfd); 61 printf("Add new clientfd = %d to epoll ", clientfd); 62 printf("Now there are %d clients int the chat room ", (int)clients_list.size()); 63 64 // 服务端发送欢迎信息 65 printf("welcome message "); 66 char message[BUF_SIZE]; 67 bzero(message, BUF_SIZE); 68 sprintf(message, SERVER_WELCOME, clientfd); 69 int ret = send(clientfd, message, BUF_SIZE, 0); 70 if(ret < 0) { perror("send error"); exit(-1); } 71 } 72 //处理用户发来的消息，并广播，使其他用户收到信息 73 else 74 { 75 int ret = sendBroadcastmessage(sockfd); 76 if(ret < 0) { perror("error");exit(-1); } 77 } 78 } 79 } 80 close(listener); //关闭socket 81 close(epfd); //关闭内核 82 return 0; 83 }
客户端实现
子进程和父进程的通信
通过调用int pipe(int fd[2])函数创建管道, 其中fd[0]用于父进程读， fd[1]用于子进程写。
通过int pid = fork()函数，创建子进程，当pid < 0 错误；当pid = 0, 说明是子进程；当pid > 0说明是父进程。根据pid的值，我们可以父子进程，从而实现对应的功能！
客户端完整源码
1 #include "utility.h" 2 3 int main(int argc, char *argv[]) 4 { 5 //用户连接的服务器 IP + port 6 struct sockaddr_in serverAddr; 7 serverAddr.sin_family = PF_INET; 8 serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); 9 serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); 10 11 // 创建socket 12 int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); 13 if(sock < 0) { perror("sock error"); exit(-1); } 14 // 连接服务端 15 if(connect(sock, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) { 16 perror("connect error"); 17 exit(-1); 18 } 19 20 // 创建管道，其中fd[0]用于父进程读，fd[1]用于子进程写 21 int pipe_fd[2]; 22 if(pipe(pipe_fd) < 0) { perror("pipe error"); exit(-1); } 23 24 // 创建epoll 25 int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE); 26 if(epfd < 0) { perror("epfd error"); exit(-1); } 27 static struct epoll_event events[2]; 28 //将sock和管道读端描述符都添加到内核事件表中 29 addfd(epfd, sock, true); 30 addfd(epfd, pipe_fd[0], true); 31 // 表示客户端是否正常工作 32 bool isClientwork = true; 33 34 // 聊天信息缓冲区 35 char message[BUF_SIZE]; 36 37 // Fork 38 int pid = fork(); 39 if(pid < 0) { perror("fork error"); exit(-1); } 40 else if(pid == 0) // 子进程 41 { 42 //子进程负责写入管道，因此先关闭读端 43 close(pipe_fd[0]); 44 printf("Please input 'exit' to exit the chat room "); 45 46 while(isClientwork){ 47 bzero(&message, BUF_SIZE); 48 fgets(message, BUF_SIZE, stdin); 49 50 // 客户输出exit,退出 51 if(strncasecmp(message, EXIT, strlen(EXIT)) == 0){ 52 isClientwork = 0; 53 } 54 // 子进程将信息写入管道 55 else { 56 if( write(pipe_fd[1], message, strlen(message) - 1 ) < 0 ) 57 { perror("fork error"); exit(-1); } 58 } 59 } 60 } 61 else //pid > 0 父进程 62 { 63 //父进程负责读管道数据，因此先关闭写端 64 close(pipe_fd[1]); 65 66 // 主循环(epoll_wait) 67 while(isClientwork) { 68 int epoll_events_count = epoll_wait( epfd, events, 2, -1 ); 69 //处理就绪事件 70 for(int i = 0; i < epoll_events_count ; ++i) 71 { 72 bzero(&message, BUF_SIZE); 73 74 //服务端发来消息 75 if(events[i].data.fd == sock) 76 { 77 //接受服务端消息 78 int ret = recv(sock, message, BUF_SIZE, 0); 79 80 // ret= 0 服务端关闭 81 if(ret == 0) { 82 printf("Server closed connection: %d ", sock); 83 close(sock); 84 isClientwork = 0; 85 } 86 else printf("%s ", message); 87 88 } 89 //子进程写入事件发生，父进程处理并发送服务端 90 else { 91 //父进程从管道中读取数据 92 int ret = read(events[i].data.fd, message, BUF_SIZE); 93 94 // ret = 0 95 if(ret == 0) isClientwork = 0; 96 else{ // 将信息发送给服务端 97 send(sock, message, BUF_SIZE, 0); 98 } 99 } 100 }//for 101 }//while 102 } 103 104 if(pid){ 105 //关闭父进程和sock 106 close(pipe_fd[0]); 107 close(sock); 108 }else{ 109 //关闭子进程 110 close(pipe_fd[1]); 111 } 112 return 0; 113 }