C++ Academy · Oppitunti

TCP-kaikupalvelimen rakentaminen

Tutustu täydellisen TCP-kaikupalvelimen toteutukseen vaihe vaiheelta.

Oppitunti 2/414 vaihetta

TCP-kaikupalvelimen rakentaminen on ilmainen C++ Academy-oppitunti CoddyKitissä. Tämä on oppitunti 2/4. Voit lukea tästä oppimispolusta kokonaan mitkä tahansa 3 oppituntia ilmaiseksi — sen jälkeen CoddyKit PRO avaa kaikki oppitunnit sekä käytännön harjoittelun sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden toimivalla tekoälytuutorilla. Oppitunti kuuluu C++ Academy-oppimispolkuun, ja edistymisesi synkronoituu verkon ja CoddyKit-sovelluksen välillä. C++ Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Tavoite

Rakentakaa minimaalinen TCP-palvelin, joka hyväksyy yhteyden, lukee tavuja ja kirjoittaa ne takaisin. Tämä on verkko-ohjelmoinnin "Hello World".

Palvelimen runko

Palvelimen toimintaketju on seuraava: luokaa socket, sitokaa se osoitteeseen, alkakaa kuunnella, hyväksykää yhteys ja käsitelkää se. Toistakaa tätä loputtomasti.

int srv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bind(srv, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
listen(srv, 10);
while (true) {
    int client = accept(srv, nullptr, nullptr);
    handle(client);
    close(client);
}

Osoitteen uudelleenkäyttöasetus

Asettakaa SO_REUSEADDR, jotta palvelin voi käynnistyä uudelleen heti ilman, että käyttöjärjestelmän portin vapauttamista tarvitsee odottaa.

int yes = 1;
setsockopt(srv, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(yes));

Kaikusilmukka

Lukekaa data puskuriin ja kirjoittakaa samat tavut takaisin. Lopettakaa, kun asiakas sulkee yhteyden.

void handle(int client) {
    char buf[1024];
    while (true) {
        ssize_t n = recv(client, buf, sizeof(buf), 0);
        if (n <= 0) break;          // closed or error
        send(client, buf, n, 0);
    }
}

Osittaiset luku- ja kirjoitusoperaatiot

Sekä recv että send voivat siirtää pyydettyä määrää vähemmän tavuja. Suoratoistopohjaisessa protokollassa jatkakaa silmukassa, kunnes kaikki on käsitelty.

ssize_t total = 0;
while (total < n) {
    ssize_t s = send(client, buf + total, n - total, 0);
    if (s <= 0) break;
    total += s;
}

Useiden asiakkaiden käsittely

Yksinkertaisin lähestymistapa on luoda jokaiselle yhteydelle uusi säie. Se toimii sadoilla asiakkailla, mutta alkaa takellella tuhansien asiakkaiden kohdalla.

while (true) {
    int client = accept(srv, nullptr, nullptr);
    std::thread([client]{ handle(client); close(client); }).detach();
}

Parempi ratkaisu: säiepooli

Säikeen luominen jokaista yhteyttä varten tuhlaa resursseja suuressa mittakaavassa. Kiinteä säiepooli ja työjono skaalautuvat paremmin.

Hallittu sammutus

Käsitelkää SIGTERM- ja SIGINT-signaalit, jotta kuunteleva socket voidaan sulkea siististi. RAII auttaa varmistamaan, että myös kaikki asiakkaiden socketit suljetaan.

Virheenkäsittely

Käsitelkää virheet odotettuina tilanteina: asiakkaat katkaisevat yhteyksiä, verkossa esiintyy häiriöitä ja käyttöjärjestelmän rajat tulevat vastaan. Kirjatkaa virhe ja jatkakaa — älkää kaatako palvelinta virheellisen asiakkaan vuoksi.

Jokaisen asiakkaan kirjaaminen

Kirjatkaa etäosoite järjestelmän havainnoitavuutta varten.

sockaddr_in remote{};
socklen_t len = sizeof(remote);
int client = accept(srv, (sockaddr*)&remote, &len);
char ip[INET_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(AF_INET, &remote.sin_addr, ip, sizeof(ip));
std::cout << "client " << ip << ":" << ntohs(remote.sin_port);

Testaus netcatilla

Testatkaa kaikupalvelinta vuorovaikutteisesti komennolla nc.

nc 127.0.0.1 8080
hello
hello       # echoed back

Kaikua pidemmälle

Kaikupalvelusta voi laajentaa esimerkiksi seuraaviin käyttötarkoituksiin:

Rivipohjaiset protokollat (HTTP:n kaltaiset)
Kehystetyt binääriprotokollat (pituuden sisältävä etuliite)
JSON- tai Protobuf-viestit

Pikatarkistus

Mikä on socket-asetuksen SO_REUSEADDR tarkoitus?

Vastaa interaktiivisessa oppitunnissa

Kertaus

Minimaalinen TCP-kaikupalvelin koostuu seuraavista vaiheista: socket, setsockopt SO_REUSEADDR, bind sekä kuuntelu ja accept silmukassa. Useita asiakkaita varten luokaa säikeitä tai käyttäkää säiepoolia. Suurissa kuormissa siirtykää asynkroniseen I/O:hon (seuraava oppitunti).

Aloita maksutta

Opi C++ tekoälytuutorin avulla — ilmaiseksi

Kirjoita ja suorita oikeaa koodia selaimessa, saa välitöntä apua tekoälytuutorilta ympäri vuorokauden ja jatka siitä, mihin jäit, verkossa tai sovelluksessa.

Kurssit: 51
Oppitunnit: 203

Aloita opiskelu maksutta Näytä koko kurssi

Usein kysytyt kysymykset

Onko oppitunti ”TCP-kaikupalvelimen rakentaminen” ilmainen?

Kyllä — voit lukea täällä verkossa kokonaan ilmaiseksi mitkä tahansa C++ Academy-oppimispolun 3 oppituntia, myös oppitunnin “TCP-kaikupalvelimen rakentaminen”. Sen jälkeen CoddyKit PRO avaa kaikki oppitunnit sekä interaktiiviset harjoitukset sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden toimivalla tekoälytuutorilla. C++ Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Mitä opin oppitunnilla ”TCP-kaikupalvelimen rakentaminen”?

Tutustu täydellisen TCP-kaikupalvelimen toteutukseen vaihe vaiheelta. Harjoittelet C++ Academy-aihetta koodilla, jonka suoritat suoraan selaimessa. Ympäri vuorokauden käytettävissä oleva tekoälytuutori vastaa kysymyksiisi oppitunnin aikana.

Tarvitsenko kokemusta aloittaakseni C++ Academy-opiskelun?

Aiempi kokemus ei ole tarpeen. CoddyKitin C++ Academy-oppimispolku sopii vasta-alkajista edistyneisiin, joten voit aloittaa tästä tai alusta ja edetä omaan tahtiisi. Tämä on oppitunti 2/4.

Kuinka kauan ”TCP-kaikupalvelimen rakentaminen”-oppitunnin suorittaminen kestää?

Useimmat CoddyKitin oppitunnit kestävät noin 5–10 minuuttia. Jokainen oppitunti on lyhyt ja interaktiivinen, joten edistyt tasaisesti ja voit jatkaa siitä, mihin jäit – sekä verkossa että sovelluksessa.

Voinko kirjoittaa ja suorittaa koodia tällä C++ Academy-oppitunnilla?

Kyllä. Jokainen C++ Academy-oppitunti sisältää sisäänrakennetun koodieditorin, joten voit kirjoittaa ja suorittaa oikeaa koodia suoraan selaimessa ja saada välitöntä palautetta tekoälyltä – paikallista asennusta ei tarvita.

Kaikki tämän kurssin oppitunnit

BSD Sockets API C++:ssa
TCP-kaikupalvelimen rakentaminen
Asynkroninen I/O epollilla ja kqueuella
Boost Asion käyttö nykyaikaiseen asynkroniseen I/O:hon

← Takaisin: C++ Academy