c 异步socket 服务器

在C语言中，实现异步Socket服务器主要涉及到非阻塞套接字（non-blocking sockets）、I/O多路复用技术（如select、poll或epoll）以及线程或事件驱动编程，以下是关于如何设计和实现一个基本的异步Socket服务器的详细步骤和示例代码。

一、基本概念

1、非阻塞套接字：与阻塞套接字相对，非阻塞套接字在执行I/O操作（如read、write）时，如果操作不能立即完成，不会使调用进程进入阻塞状态，而是立即返回一个错误码（通常是EAGAIN或EWOULDBLOCK），表示操作未完成，需要稍后重试。

2、I/O多路复用：通过使用select、poll或epoll等系统调用，可以同时监控多个文件描述符（包括套接字）的状态变化，从而在一个线程或进程中高效地处理多个并发连接，这些系统调用可以检测哪些套接字有数据可读、可写或异常情况发生。

3、事件驱动编程：基于事件循环的编程模型，当某个事件发生时（如新连接到来、数据可读等），触发相应的回调函数或处理逻辑，这种模型通常与I/O多路复用技术结合使用，以实现高效的异步I/O操作。

二、实现步骤

1、创建套接字：使用socket()函数创建一个TCP套接字。

2、设置为非阻塞模式：使用fcntl()函数或ioctl()函数将套接字设置为非阻塞模式。

3、绑定端口：使用bind()函数将套接字绑定到一个本地地址和端口号上。

4、开始监听：使用listen()函数开始监听来自客户端的连接请求。

5、I/O多路复用：使用select()、poll()或epoll()函数监控套接字的状态变化，包括新的连接请求、数据可读或可写等。

6、接受连接：当检测到有新的连接请求时，使用accept()函数接受连接，并创建一个新的套接字用于与该客户端通信。

7、读写数据：对于已连接的套接字，使用read()或recv()函数读取客户端发送的数据，并使用write()或send()函数向客户端发送数据，由于套接字是非阻塞的，因此在读写操作时需要检查返回值，以确定操作是否成功或是否需要稍后重试。

8、关闭连接：当通信结束时，使用close()函数关闭套接字连接。

三、示例代码

以下是一个使用select()实现的简单异步Socket服务器示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#define PORT 8080
#define BACKLOG 5
#define BUFFER_SIZE 1024
int make_socket_non_blocking(int sockfd) {
    int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    if (flags == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    flags |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(sockfd, F_SETFL, flags) == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    return 0;
}
int main() {
    int server_fd, new_socket, client_socket[BACKLOG], max_sd, activity, i, valread, sd;
    int max_clients = BACKLOG;
    struct sockaddr_in address;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    fd_set readfds;
    // Initialize all client_socket[] to 0 so not checked
    for (i = 0; i < max_clients; i++) {
        client_socket[i] = 0;
    }
    // Create a master socket
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // Set master socket to non-blocking mode
    if (make_socket_non_blocking(server_fd) == -1) {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // Type of socket created
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);
    // Bind the socket to the port 8080
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr )&address, sizeof(address))<0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Listener on port %d 
", PORT);
    // Try to specify maximum of 5 pending connections for the master socket
    if (listen(server_fd, 5) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // Accept the incoming connection using select() and non-blocking sockets
    while (1) {
        // Clear the socket set
        FD_ZERO(&readfds);
        // Add master socket to set
        FD_SET(server_fd, &readfds);
        max_sd = server_fd;
        // Add child sockets to set
        for (i = 0 ; i < max_clients ; i++) {
            // Socket descriptor
            sd = client_socket[i];
            // If valid socket descriptor then add to read list
            if (sd > 0)
                FD_SET(sd, &readfds);
            // Highest file descriptor number, need it for the select function
            if (sd > max_sd)
                max_sd = sd;
        }
        // Wait for an activity on one of the sockets, timeout is NULL, wait indefinitely
        activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
        if ((activity < 0) && (errno != EINTR)) {
            printf("select error");
        }
        // If something happened on the master socket, then its an incoming connection
        if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {
            if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr )&address, (socklen_t)&address))<0) {
                perror("accept");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            // Inform user of socket number used in send and receive commands
            printf("New connection, socket fd is %d, ip is: %s, port: %d 
", new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
            // Send new connection greeting message
            if (send(new_socket, "Welcome to the server!
", 22, 0) != 22) {
                perror("send");
            }
            // Add new socket to array of sockets
            for (i = 0; i < max_clients; i++) {
                // If position is empty
                if (client_socket[i] == 0) {
                    client_socket[i] = new_socket;
                    printf("Adding to list of sockets at index %d
", i);
                    break;
                }
            }
        }
        // Else it's some IO operation on some other socket
        for (i = 0; i < max_clients; i++) {
            sd = client_socket[i];
            if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {
                // Check if it was for closing, and also read the incoming message
                if ((valread = read(sd, buffer, BUFFER_SIZE)) == 0) {
                    // Somebody disconnected, get details and print
                    getpeername(sd, (struct sockaddr)&address, (socklen_t)&address);
                    printf("Host disconnected, ip %s, port %d 
", inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
                    // Close the socket and mark as 0 in list for reuse
                    close(sd);
                    client_socket[i] = 0;
                } else {
                    // Set the string terminating NULL byte on the end of the data read
                    buffer[valread] = '