Linux小练习(2)----利用FIFO实现本地聊天室（C/S模式）

程序：利用FIFO实现本地聊天室

程序功能：实现本地进程间的相互通信

程序分析：通过FIFO管道可以实现本地（本机）上无血缘关系（进程不是fork()出来的）的进程间的通讯，而FIFO管道支持“一写多读”，“多写一读”。我们可以利用这一特点建立本地聊天室的模型。

服务器提供一条公共的管道，各个客户端通过这条公共管道发送消息给服务器，服务器接收到消息后，对消息包进行解析后交给相应的函数处理。如果是一个客户端发给另一个客户端的消息，就将消息通过私有管道转发下去，交给对应的客户端。

程序种使用的知识点：

（1）临时文件（unlink）：因为通信时需要给每个客户端都创建一条私有的通道，如果使用普通的方式创建文件，就会产生大量的管道文件。不过如果使用数据库，就可以创建普通的文件，因为管道时根据客户端的客户名创建的，如果每次输入的名字的不同就产生不同的文件，使用数据库，可以通过读入客户机的文件名来解决这个问题。

（2）修该文件属性（fcntl）：无论是客户端还是服务器都要求在可以发送和接收消息，这就要求文件时非阻塞的。使得文件获得非阻塞的属性的方法有两种：（1）在文件打开时将文件将文件修改为非阻塞的（私有管道）。（2）在文件打开后通过fcntl函数将文件的属性修改为非阻塞（STDIN_FILENO（会在程序运行时，默认打开））。

（3）字符串处理：在客户端相互发送消息时，需要输入接收方的客户机名称，规定格式为[接收方姓名:消息内容]。客户会输入一串字符串，需要进程处理，将字符串以第一个“:”为分割符，分割为两部分。如果没有按格式输入则会将消息群发（发给客户端列表上的每一个客户端）。

（4）深拷贝：在给字符串进程赋值一定要注意，使用strcpy函数，而不是简单的使用“=”。

（5）范型指针：将消息结构体转换为“范型指针”（void*），然后是使用char*接收（也可以直接使用viod*接收）。

程序中存在的问题：

（1）在客户端的管理上，使用了数组。数组虽然使用比较简单，但后期会有很多的麻烦，如空间浪费，客户端退出的处理不够灵活。

（2）在客户端登录时，没有对数据进程越界判断。

（3）没有对客户端的输入的客户名进行检查（会造成消息混乱）。

（4）数据包使用了定长包，处理上比较简单，但造成了浪费。

（5）客户端没有处理服务器退出的机制（虽然函数会自动关闭，但显得代码不是很完善）。

运行环境：CentOS7.0+Gcc

注意事项：公共管道使用mkfifo在控制台下直接建立的，然后使用了宏定义和绝对路径。

#define SERVER_FIFO "/home/kk/code/c++/localChatRoom/SERVER_FIFO"

默认私有管道的名称为客户机名称，创建在当前目录下，零食文件，使用后会被自动删除。

客户端和服务器的退出命令都为：quit-->()

客户端退出时，会关闭私用管道和公共管道（它自己的那一条的写端）

服务器退出时，会给每一个在线的客户端的发送消息，然后关闭私有的管道的写端和公共管道的读端。

在输入时不能输入空格，因为scanf函数遇空格会终止，会将消息从空格处截断，后面的消息会变成群发。可以利用sacnf的格式控制来解决。也可以使用gets_s函数（需要将文件改为Cpp），不推荐使用gets函数（没有错误检测）。

代码：

//localServer.h
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>#define SERVER_FIFO "/home/kk/code/c++/localChatRoom/SERVER_FIFO"struct client
{char clientName[20];//客户端名字int fifoDis;//私有管道的描述符
};typedef struct client CL;
//用来记录客户机的数量
int clientlen=0;
//利用数组将存储客户队列（不方便，而且会浪费），可以改造为链表（最好）。
CL clientDueue[100];struct messagePacket
{int messageNo;//消息编号char senderName[20];//消息发送方char receiverName[20];//消息接收方char data[1024];//数据采用不定长消息
};typedef struct messagePacket MSP;//公共管道
int serFifo;
//服务器启动标志
int startFlags=0;//初始化，负责初始化服务器。
void initServer();
//负责接收客户端发送的包
void receiverPacket();
//负责将客户端发送的包解析
void parsingPacket(MSP *msp);
//负责客户端登陆，将客户端插入客户队列中,并创建私有管道
void clientLogin(char* loginName);
//负责将消息发送到对应的接受方
void messageSend(MSP *pMsp);
//负责客户端的退出，将客户端从客户队列中删除,并删除创建的管道
void clientQuit(char* quitName);
//负责关闭服务器，关闭打开的管道和删除客户机列表
void closeServer();
//负责处理输入的数据
void messageHanle(char* pMes);

//localServer.c
#include "localServer.h"
#define BUFSIZE 1068void initServer()
{//将STDIN_FILENO修改为非阻塞int serFlags=fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);serFlags|=O_NONBLOCK;fcntl(STDIN_FILENO,F_SETFL,serFlags);//以非阻塞只读的方式打开管道serFifo=open(SERVER_FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK);if(serFifo<0){perror("SERVER OPEN:");exit(1);}printf("服务器已启动，正在监听...\n");startFlags=1-startFlags;
}void receiverPacket()
{char buf[BUFSIZE];MSP *msp;int len=read(serFifo,buf,sizeof(buf));if(len>0){msp=(MSP*)buf;parsingPacket(msp);}
}void parsingPacket(MSP *msp)
{//根据相应的功能号，调用相应的函数。switch(msp->messageNo){case 0:clientLogin(msp->senderName);break;case 1:messageSend(msp);break;case 2:clientQuit(msp->senderName);break;}
}void clientLogin(char* loginName)
{//不能直接赋值，会造成浅拷贝strcpy(clientDueue[clientlen].clientName,loginName);char path[23]="./";strcat(path,loginName);//确保创建的文件的权限为分配权限umask(0);//创建管道mkfifo(path,0777);//将管道的文件描述符存入数组中clientDueue[clientlen].fifoDis=open(path,O_WRONLY);char buf[]="您和服务器的连接已经成功建立,可以开始通讯了\n";write(clientDueue[clientlen].fifoDis,buf,sizeof(buf));//这里应该将管道创建为临时的，如果是使用数据库，可以创建为永久的unlink(path);//没有对cientlen进行限制++clientlen;
}void clientQuit(char* quitName)
{//最好是利用链表管理登录的客户机int i=0;for(i=0;i<clientlen;i++){if(strcmp(quitName,clientDueue[i].clientName)==0){//关闭对应的私有通过close(clientDueue[i].fifoDis);clientDueue[i].fifoDis=-1;clientDueue[i].clientName[0]='\0';break;}}printf("%s已退出\n",quitName);
}void messageSend(MSP *pMes)
{int i=0;char* buf=(void*)pMes;if(strlen(pMes->receiverName)!=0){//单发for(i=0;i<clientlen;++i){if(strcmp(pMes->receiverName,clientDueue[i].clientName)==0){write(clientDueue[i].fifoDis,buf,BUFSIZE);break;}}}else{//群发for(i=0;i<clientlen;++i){write(clientDueue[i].fifoDis,buf,BUFSIZE);}}
}void messageHanle(char* pMes)
{if(strcmp(pMes,"quit-->()")==0){closeServer();}//可以继续增加一些命令（显示有几个客户端，客户端的管道描述符等）
}
void closeServer()
{char buf[]="服务器维护中，请稍后登录。";int i=0;for(i=0;i<clientlen;++i){if(clientDueue[i].fifoDis!=-1){write(clientDueue[i].fifoDis,buf,strlen(buf));close(clientDueue[i].fifoDis);}}close(serFifo);startFlags=1-startFlags;printf("以关闭所有管道，服务器安全退出");
}
int main()
{initServer();char mes[1024];while(startFlags){receiverPacket();if(scanf("%s",mes)!=EOF){messageHanle(mes);}}return 0;
}

//localClient.h
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define SERVER_FIFO "/home/kk/code/c++/localChatRoom/SERVER_FIFO"int linkFlags=0;//连接标志
int serFifo;//公共管道文件描述符
int cliFifo;//客户端私有端道文件描述符
char clientName[20];//客户端名称struct messagePacket
{int messageNo;//消息编号char senderName[20];//消息发送方char receiverName[20];//消息接收方char data[1024];//数据采用定长消息
};typedef struct messagePacket MSP;//初始化客户大端
void initClient();
//登陆服务器
void loginServer();
//处理用户输入的数据
void messageHanle(char* pMes);
//向服务器发送消息
void sendSerMes(int mesNO);
//向其他用户发送消息
void sendMessage(char* receiverName,char* data);
//接收消息
void receiverMes();
//关闭客户端
void closeClient();

//localClient.c
#include "localClient.h"
#define BUFSIZE 1068void initClient()
{loginServer();//将连接标志置为1.linkFlags=1-linkFlags;//将STDIN文件属性修改为非阻塞int flags=fcntl(STDIN_FILENO,F_GETFL);flags |= O_NONBLOCK;fcntl(STDIN_FILENO,F_SETFL,flags);
}void loginServer()
{printf("请输入客户端名称(不超过20个字符):\n");//write(STDIN_FILENO,clientName,20);scanf("%s",clientName);serFifo=open(SERVER_FIFO,O_WRONLY|O_NONBLOCK);if(serFifo<0){perror("open server fifo");exit(1);}sendSerMes(0);char path[23]="./";strcat(path,clientName);//测试管道是否创建成功while(access(path,F_OK)!=0);cliFifo=open(path,O_RDONLY|O_NONBLOCK);if(cliFifo<0){perror("open client fifo");}printf("私有管道创建成功\n");
}void sendSerMes(int mesNO)
{MSP msp;char *buf;msp.messageNo=mesNO;strcpy(msp.senderName,clientName);buf=(void*)&msp;write(serFifo,buf,sizeof(msp));
}void messageHanle(char* pMes)
{//将“quit-->()”设置为退出消息if(strcmp(pMes,"quit-->()")==0){sendSerMes(2);closeClient();return;}//发送数据格式为：接受者姓名:消息内容//如果数据不符合规范，则将消息转为群发。int i=0;int j=0;char receiverName[20];char data[1024];while(pMes[i]!='\0'&&pMes[i]!=':'){receiverName[i]=pMes[i];++i;}receiverName[i]='\0';if(pMes[i]==':'){//将：跳过++i;}else{i=0;receiverName[0]='\0';}while(pMes[i]!='\0'){data[j++]=pMes[i++];}data[j]='\0';sendMessage(receiverName,data);
}void sendMessage(char* receiverName,char* data)
{MSP msp;char *buf;msp.messageNo=1;strcpy(msp.senderName,clientName);strcpy(msp.receiverName,receiverName);strcpy(msp.data,data);buf=(void*)&msp;write(serFifo,buf,sizeof(msp));
}void receiverMes()
{char buf[BUFSIZE];int len=read(cliFifo,buf,sizeof(MSP));MSP *pMes=NULL;pMes=(void*)buf; if(len>0&&pMes->messageNo==1){printf("%s:%s\n",pMes->senderName,pMes->data);}else if(len>0){printf("系统提示:%s",buf);}
}void closeClient()
{//将连接标志置为0linkFlags=1-linkFlags;//关闭私有管道close(cliFifo);//关闭公共管道close(serFifo);printf("以关闭所以管道，客户端安全退出\n");
}int main()
{initClient();char mesBuf[1024];while(linkFlags){//scanf()默认遇空格终止scanf("%49[^\n]",mesBuf)!=EOF//int len=write(STDIN_FILENO,mesBuf,BUFSIZE);if(scanf("%s",mesBuf)!=EOF){messageHanle(mesBuf);} receiverMes();}return 0;
}

结果展示：

图1、服务器端

图2、客户端1

图3、客户端2

图4、客户端3

如果发现问题，请留言，我会查证后修改，万分感谢。

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