TCP/IP网络编程 基于Linux编程_2 --I/O流分离的半关闭问题

理论基础

• 流：调用fopen打开文件后进行文件读写操作会创建流，套接字网络通信也会创建流，流是以数据收发为目的的一种桥梁，其实就是指数据的流动，我们可以理解为数据收发的路径。

• I/O流分离：是指把数据的发送与接收流分开处理，由2个不同对象控制而不是交个1个对象。我们之前讲过2种I/O流分离的方法，第一种：通过调用fork函数创建子进程，父进程负责接收数据，子进程负责发送数据(学习笔记_11)。第二种：通过2次fdopen函数的调用，创建读模式FILE指针与写模式FILE指针(基于Linux编程_1)。

  -I/O流分离好处：
  第一种分离方式：1，分开输入输出过程降低实现难度(简单易维护)。2，与输入无关的输出操作可以提高速度(阻断函数)。
  第二种分离方式：1，降低实现难度 2，转换为FILE指针文件操作按读模式与写模式区分 3，I/O缓冲提高缓冲性能。

fdopen形式分离流的关闭问题

• fdopen即是将套接字转换为FILE指针，可以像文件操作一样操作套接字，但是有个退出时和套接字一样的问题，就是服务端需要半关闭才安全，而上一章节里fdopen后是直接fclose的，这样其实是不安全的，因为这时的fclose不光只是关闭文件流，同时套接字也会被关闭。这个原理和以前讲的套接字半关闭是一样的，那么FILE文件流怎么实现半关闭呢？其实我们可以在创建FILE指针前先复制一份原文件描述符即可，这样原文件描述符和副本文件描述符都引用同一个套接字，这时关闭其中一个也不会销毁套接字，实现半关闭环境，然后调用shutdown半关闭套接字。示意图如下：
  

  复制文件描述符的方法：
  int dup(int fildes); //复制文件描述符fileds
  int dup2(int fildes, int fildes2); //将文件描述符fildes复制并指定描述符为fildes2

• 实例代码

//
//  main.cpp
//  hello_server
//
//  Created by app05 on 15-10-13.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int serv_sock, clnt_sock;
    FILE *readfp;
    FILE *writefp;

    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    char buf[BUF_SIZE] = {0, };

    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");

    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);

    //将套接字转换为FILE*指针(I/O流分离)，之后就可以像文件操作一样操作套接字了
    readfp = fdopen(clnt_sock, "r");
    writefp = fdopen(dup(clnt_sock), "w"); //dup复制文件描述符且表示整数不相等

    //向客服端发送消息
    fputs("FROM SERVER: Hi~ client? \n", writefp);
    fputs("I love all of the world \n", writefp);
    fputs("You are awesome! \n", writefp);
    fflush(writefp);

    shutdown(fileno(writefp), SHUT_WR);  //关闭套接字输出流
    fclose(writefp);  //关闭文件流writefp，而且同时也会关闭对应套接字发送EOF(关闭的是dup复制的副本，套接字还有一个引用，所以套接字不会销毁，实现半关闭环境)

    //接收客服端最后退出消息
    fgets(buf, sizeof(buf), readfp);
    fputs(buf, stdout);
    fclose(readfp); //关闭文件流readfp，同时关闭套接字(文件打开后就必须对应fclose关闭，所以不能只用shutdown套接字半关闭)

    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(‘\n‘, stderr);
    exit(1);
}

//
//  main.cpp
//  hello_client
//
//  Created by app05 on 15-10-13.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int sock;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in serv_adr;
    FILE *readfp;
    FILE *writefp;

    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <IP> <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if (connect(sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("connect() error");

    readfp = fdopen(sock, "r");
    writefp = fdopen(sock, "w");

    while (1)
    {
        if (fgets(buf, sizeof(buf), readfp) == NULL) //收到EOF，返回NULL
            break;
        fputs(buf, stdout);
        fflush(stdout);
    }

    //向服务端发送最后的字符串
    fputs("FROM CLIENT: Thank you! \n", writefp);
    fflush(writefp);

    //半关闭shutdown主要用于服务端，客服端直接关闭一般不会有什么影响( 学习笔记_10)
    fclose(writefp);
    fclose(readfp);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(‘\n‘, stderr);
    exit(1);
}