select 函数实现 三种拓扑结构 n个客户端的异步通信 （完全图+线性链表+无环图）
2024-04-05 21:02:16
一、这里只介绍简单的三个客户端异步通信（完全图拓扑结构）
//建立管道
mkfifo
open顺序：
cl1 读 ， cl2 cl3 向 cl1写
cl2 读 ， cl1 cl3 向 cl2写
cl3 读 ， cl1 cl2 向 cl3写
顺序的规律就是 第i个 客户端读 其他各个客户端 ，其他的各个客户端 向 i 写 ，i 从 1 到 3.
cl1 代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include<sys/select.h>
#include <sys/select.h> /* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> int main(int argc, char* argv[])//
{ int fd21, fd31,fd12,fd13 ;
fd21 = open("", O_RDONLY);
fd31 = open("", O_RDONLY); fd12 = open("",O_WRONLY); fd13 = open("",O_WRONLY);
printf("OK!\n"); printf("OK!\n");
fd_set read_sets ;
fd_set write_sets ;
int iret,iwrt ;
char buf[] ;
struct timeval tm ;
while()
{ tm.tv_sec = ;
tm.tv_usec = ;
FD_ZERO(&read_sets);
FD_ZERO(&write_sets); FD_SET(fd21, &read_sets);
FD_SET(fd31, &read_sets);
FD_SET( , &write_sets);
//FD_SET(fd12, &write_sets);
//FD_SET(fd13, &write_sets); iret = select(, &read_sets, NULL, NULL, &tm);
iwrt = select(,&write_sets,NULL,NULL,&tm); //读
if(iret != )
{
printf("active: %d\n", iret); if(FD_ISSET(fd21, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd21, buf, );
printf("from 2: %s\n", buf);
}
if(FD_ISSET(fd31, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd31, buf, );
printf("from 3: %s\n", buf);
}
} // write
if(iwrt != )
{
printf("active: %d\n", iwrt);
if(FD_ISSET( /*fd12*/, &write_sets))
{
memset(buf, , );
read(, buf, ) ;
write(fd12, buf, strlen(buf));
write(fd13, buf, strlen(buf));
}
/*if(FD_ISSET(fd13, &write_sets))
{
memset(buf, 0, 128);
read(0, buf, 127) ;
write(fd13, buf, strlen(buf));
}*/
} }
return ;
}
cl2 代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/select.h>
int main(int argc, char* argv[])//
{
int fd12, fd32,fd21,fd23 ;
fd21 = open("",O_WRONLY); fd12 = open("", O_RDONLY);
fd32 = open("", O_RDONLY); fd23 = open("",O_WRONLY); fd_set read_sets ,write_sets ;
int iret ,iwrt;
char buf[] ;
struct timeval tm ;
while()
{ tm.tv_sec = ;
tm.tv_usec = ;
FD_ZERO(&read_sets);
FD_ZERO(&write_sets);
FD_SET(fd12, &read_sets);
FD_SET(fd32, &read_sets);
FD_SET( , &write_sets);
//FD_SET(fd21,&write_sets);
//FD_SET(fd23,&write_sets); iret = select(, &read_sets, NULL, NULL, &tm);
iwrt = select(,&write_sets,NULL,NULL,&tm); if(iret != )
{
printf("active: %d\n", iret); if(FD_ISSET(fd12, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd12, buf, );
printf("from 1: %s\n", buf);
}
if(FD_ISSET(fd32, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd32, buf, );
printf("from 3: %s\n", buf);
}
} // write
if(iwrt != )
{
printf("active: %d\n", iwrt);
if(FD_ISSET( , &write_sets))
{
memset(buf, , );
read(, buf, ) ;
write(fd21, buf, strlen(buf));
write(fd23, buf, strlen(buf));
}
/* if(FD_ISSET(fd23, &write_sets))
{
memset(buf, 0, 128);
read(0, buf, 127) ;
write(fd23, buf, strlen(buf));
}*/
} }
return ;
}
cl3 代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/select.h>
int main(int argc, char* argv[])//
{
int fd13, fd23,fd31,fd32 ;
fd31 = open("",O_WRONLY); fd32 = open("",O_WRONLY); fd13 = open("", O_RDONLY);
fd23 = open("", O_RDONLY); printf("OK!\n");
fd_set read_sets ,write_sets ;
int iret,iwrt ;
char buf[] ;
struct timeval tm ;
while()
{ tm.tv_sec = ;
tm.tv_usec = ;
FD_ZERO(&read_sets);
FD_ZERO(&write_sets);
FD_SET(fd13, &read_sets);
FD_SET(fd23, &read_sets);
//FD_SET(fd31,&write_sets);
//FD_SET(fd32,&write_sets);
FD_SET( , &write_sets); iret = select(, &read_sets, NULL, NULL, &tm);
iwrt = select(,&write_sets,NULL,NULL,&tm); //读
if(iret != )
{
printf("active: %d\n", iret); if(FD_ISSET(fd13, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd13, buf, );
printf("from 1: %s\n", buf);
}
if(FD_ISSET(fd23, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fd23, buf, );
printf("from 2: %s\n", buf);
}
} // write
if(iwrt != )
{
printf("active: %d\n", iwrt);
if(FD_ISSET( , &write_sets))
{
memset(buf, , );
read(, buf, ) ;
write(fd31, buf, strlen(buf));
write(fd32, buf, strlen(buf));
}
/*if(FD_ISSET(fd32, &write_sets))
{
memset(buf, 0, 128);
read(0, buf, 127) ;
write(fd32, buf, strlen(buf));
}*/
}
} return ;
}
二 、n个客户端异步通信 （线性链表的拓扑结构）
很显然的，如果用上述的方法需要每个客户端和其他客户端都直接相邻，即完全图。
建立n个客户端通信，需要 2*(（n-1）+（n-2）+（n-3）+……3+2+1) = 2*（n-1 + 1）*(n -1)/2 =n * (n-1) 根管道，
这么多的管道连接会使得代码实现变得非常冗杂、而且系统浪费资源管道。
这里，用线性链表的拓扑结构，可以解决这个问题：
1、 客户端以线性存储
2、 当 pre 发来数据时， 打印出来，并且转发给next（若next存在）。
3、 当 next 发来数据时， 打印出来，并且转发给pre（若pre存在）。
4、 当键盘发来数据时，转发给next（若next存在），转发给pre（若pre存在）。
例子：
1、客户端拓扑结构为 1——3——2——4
在文件存储如下：
2、我还编写一个读取topo.txt 文件 ，自动生成管道的代码：
BuildFIFO.cpp 如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<string>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include<sys/select.h>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])//
{ FILE* topu = fopen("topo.txt","r");
int fir = ;
char dir[],DIR[];
string str1,str2,str ;
while(!feof(topu))
{
fscanf(topu ,"%s\n",dir);
str1 = dir;
if(fir)
{
fir = ;
str2=str1;
continue;
}
str=str1+"T"+str2;
strcpy(DIR,str.c_str());
mkfifo(DIR,); str=str2+"T"+str1;
strcpy(DIR,str.c_str());
mkfifo(DIR,);
str2 = str1;
} fclose(topu); return ;
}
3、从客户端3键盘输入数据后，发送到各个客户端：
4、这里也有个 open 的 顺序的问题，但其实这种拓扑结构很好解决这个问题：
只需要每个相邻的客户端 读写顺序相反就能解决了
如下：
if(count & == ) //判断节点的位置是奇数 还是 偶数 ，如果是 奇数 就 先读后写
{
if(strcmp("-1",pre->val)!=)
{ fdReadFromPre = My_Open(pre->val,p->val,);
fdWriteToPre = My_Open(p->val,pre->val,);
} if(p->next!=NULL)
{
fdReadFromNext = My_Open(p->next->val,p->val,);
fdWriteToNext = My_Open(p->val,p->next->val,);
}
}
else //如果是偶数，先写后读
{
if(strcmp("-1",pre->val)!=)
{
fdWriteToPre = My_Open(p->val,pre->val,);
fdReadFromPre = My_Open(pre->val,p->val,);
} if(p->next!=NULL)
{
fdWriteToNext = My_Open(p->val,p->next->val,);
fdReadFromNext = My_Open(p->next->val,p->val,);
} }
5、各客户端代码：
这里只发 cl1.cpp
（
其他客户端就是
while( strcmp("",p->val)!=)
char tembuf[] = "Form1 :";
这两句代码不一样而已
）
如下:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include<sys/select.h> #define fdNULL -9999 struct node
{
char val[];
node* next;
}; int My_Open(char A[],char B[],int type)
{
char Cstr[];
memset( Cstr, '\0', sizeof(Cstr) );
strcat(Cstr,A);
strcat(Cstr,"T");
strcat(Cstr,B);
if(type == ) return open(Cstr, O_RDONLY);
else return open(Cstr, O_WRONLY);
} int main(int argc, char* argv[])//
{ FILE* topu = fopen("/home/soso/Desktop/1-30/LineSelect/topo.txt","r");
char a[]; node* L = (node*)calloc(, sizeof(node)); //save topo
strcpy(L->val,"-1");
L->next = NULL;
node* tem , *p ,*pre;
p=L;
while(!feof(topu))
{
fscanf(topu ,"%s\n",a);
tem= (node*)calloc(, sizeof(node));
strcpy(tem->val,a);
tem->next = NULL;
p->next=tem;
p=p->next;
}
fclose(topu); pre=L;
p= L->next;
int count = ;
while( strcmp("",p->val)!=)
{
p=p->next;
pre=pre->next;
++count;
} int fdReadFromPre,fdReadFromNext,fdWriteToPre,fdWriteToNext ;
fdReadFromPre=fdReadFromNext=fdWriteToPre=fdWriteToNext=fdNULL;
if(count & == ) //判断节点的位置是奇数 还是 偶数 ，如果是 奇数 就 先读后写
{
if(strcmp("-1",pre->val)!=)
{ fdReadFromPre = My_Open(pre->val,p->val,);
fdWriteToPre = My_Open(p->val,pre->val,);
} if(p->next!=NULL)
{
fdReadFromNext = My_Open(p->next->val,p->val,);
fdWriteToNext = My_Open(p->val,p->next->val,);
}
}
else //如果是偶数，先写后读
{
if(strcmp("-1",pre->val)!=)
{
fdWriteToPre = My_Open(p->val,pre->val,);
fdReadFromPre = My_Open(pre->val,p->val,);
} if(p->next!=NULL)
{
fdWriteToNext = My_Open(p->val,p->next->val,);
fdReadFromNext = My_Open(p->next->val,p->val,);
} } printf("OK!\n"); fd_set read_sets ;
fd_set write_sets ;
int iret,iwrt ;
char buf[] ;
struct timeval tm ;
while()
{ tm.tv_sec = ;
tm.tv_usec = ;
FD_ZERO(&read_sets);
FD_ZERO(&write_sets);
if(fdReadFromPre != fdNULL)
FD_SET(fdReadFromPre, &read_sets);
if(fdReadFromNext != fdNULL)
FD_SET(fdReadFromNext, &read_sets);
FD_SET( , &write_sets); iret = select(, &read_sets, NULL, NULL, &tm);
iwrt = select(,&write_sets,NULL,NULL,&tm); //读
if(iret != )
{ if(FD_ISSET(fdReadFromPre, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fdReadFromPre, buf, );
if(fdWriteToNext!=fdNULL) //把从pre读过来的数据转发到next去
write(fdWriteToNext, buf, strlen(buf));
printf("%s\n" ,buf);
}
if(FD_ISSET(fdReadFromNext, &read_sets))
{
memset(buf, , );
read(fdReadFromNext, buf, );
if(fdWriteToPre!=fdNULL) //把从next读过来的数据转发到pre去
write(fdWriteToPre, buf, strlen(buf));
printf("%s\n", buf);
}
} // write
if(iwrt != )
{ if(FD_ISSET( , &write_sets))
{
memset(buf, , );
read(, buf, ) ;
char tembuf[] = "Form1 :";
strcat(tembuf,buf);
if(fdWriteToNext!=fdNULL) //把从键盘输入的数据向next、pre 转发
write(fdWriteToNext, tembuf, strlen(tembuf));
if(fdWriteToPre!=fdNULL)
write(fdWriteToPre, tembuf, strlen(tembuf));
}
} }
return ;
}
6、添加的客户端
1、在topo.txt 添加 客户名 再 换行
2、再按一下 已经生成的 BuildFIFO 可执行文件，及自动生成所需的管道
3、vim 出客户端，代码只需 改动两处（见5） 便可以完成客户端的添加。
三 、n个客户端异步通信 （无环图的拓扑结构）
线性拓扑结构有个很大的缺陷
如图：
客户端1 发送消息，要经过 3、2 的转发才能到达 4。当客户端数量很大时，链表前部和后部之间的通信的延迟会很大。
如果改进，用树形拓扑机构就会很大的缓解这个问题。
1、 《计算机网络》的OSPF路由算法里面提到的泛洪法+无环图拓扑结构
如图 为Zhu客户端键盘输入数据：
2、存储结构
在文件topo.txt 中以类似于邻接的方式存储：
topo文件格式为：
顶点 节点个数 节点1 节点2 ……
如图：
客户端读取文件后的邻接表存储代码：
map<string,bool> visit; struct TreeLine
{
vector<string> TreeNode;
int level; //层号
}; map<string,TreeLine> Tree;
FILE* topu = fopen("topo.txt","r");
int fir = ;
int i,j;
char strtem[],strtem2[],tem,Lval[];
int num;
while(!feof(topu))
{
fscanf(topu ,"%s %d",strtem,&num);
if(fir) //记录第一个客户端的名称
{
fir = ;
strcpy(Lval,strtem);
}
TreeLine TemLine;
for(int i = ;i< num;i++)
{
fscanf(topu," %s",strtem2);
TemLine.TreeNode.push_back(strtem2);
}
fgetc(topu);
Tree[strtem]=TemLine;
visit[strtem] = false; //初始化访问位
}
fclose(topu);
3、DFS来标注奇偶层号，判断open顺序（只要奇偶层顺序相反）
void DFS(string val,int level)
{
visit[val] = true ;
Tree[val].level = level;
//cout<<val<<":"<<level<<" "<<Tree[val].TreeNode.size()<<endl;
int i;
for(i = ;i<Tree[val].TreeNode.size();++i)
{
if(visit[Tree[val].TreeNode[i]] == false)
DFS(Tree[val].TreeNode[i],level+);
}
}
int level = ;
DFS(Lval,level); vector<int> fdReadOpen,fdWriteOpen; string TemString;
if(Tree[UserName].level & == ) //判断层号 奇数先读后写
{
for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString=Tree[UserName].TreeNode[i]+"TO"+UserName;
fdReadOpen.push_back(open(TemString.c_str(), O_RDONLY));
} for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString = UserName;
TemString+="TO"+Tree[UserName].TreeNode[i];
fdWriteOpen.push_back(open(TemString.c_str(),O_WRONLY));
} }
else //判断层号 偶数数先写后读
{
for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString = UserName;
TemString+="TO"+Tree[UserName].TreeNode[i];
fdWriteOpen.push_back(open(TemString.c_str(),O_WRONLY));
} for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString=Tree[UserName].TreeNode[i]+"TO"+UserName;
fdReadOpen.push_back(open(TemString.c_str(), O_RDONLY));
}
}
3、各客户端代码：
这次用了宏定义，每个客户端只需修改:
#define UserName "Ye"
其他代码都相同。
这里分析客户端 Ye 的代码：
#include <vector>
#include<map>
#include<string>
#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include<sys/select.h>
using namespace std; #define MaxSize 10000 #define UserName "Ye" map<string,bool> visit; struct TreeLine
{
vector<string> TreeNode;
int level; //层号
}; map<string,TreeLine> Tree; void DFS(string val,int level)
{
visit[val] = true ;
Tree[val].level = level;
//cout<<val<<":"<<level<<" "<<Tree[val].TreeNode.size()<<endl;
int i;
for(i = ;i<Tree[val].TreeNode.size();++i)
{
if(visit[Tree[val].TreeNode[i]] == false)
DFS(Tree[val].TreeNode[i],level+);
}
} int main(int argc, char* argv[])
{ FILE* topu = fopen("topo.txt","r");
int fir = ;
int i,j;
char strtem[],strtem2[],tem,Lval[];
int num;
while(!feof(topu))
{
fscanf(topu ,"%s %d",strtem,&num);
if(fir) //记录第一个客户端的名称
{
fir = ;
strcpy(Lval,strtem);
} TreeLine TemLine;
for(int i = ;i< num;i++)
{
fscanf(topu," %s",strtem2);
TemLine.TreeNode.push_back(strtem2);
}
fgetc(topu); Tree[strtem]=TemLine;
visit[strtem] = false; //初始化访问位
}
fclose(topu); int level = ;
DFS(Lval,level); vector<int> fdReadOpen,fdWriteOpen; string TemString;
if(Tree[UserName].level & == ) //判断层号 奇数先读后写
{
for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString=Tree[UserName].TreeNode[i]+"TO"+UserName;
fdReadOpen.push_back(open(TemString.c_str(), O_RDONLY));
} for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString = UserName;
TemString+="TO"+Tree[UserName].TreeNode[i];
fdWriteOpen.push_back(open(TemString.c_str(),O_WRONLY));
} }
else //判断层号 偶数数先写后读
{
for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString = UserName;
TemString+="TO"+Tree[UserName].TreeNode[i];
fdWriteOpen.push_back(open(TemString.c_str(),O_WRONLY));
} for(i= ;i<Tree[UserName].TreeNode.size();++i)
{
TemString=Tree[UserName].TreeNode[i]+"TO"+UserName;
fdReadOpen.push_back(open(TemString.c_str(), O_RDONLY));
}
} printf("OK!\n"); fd_set read_sets ;
fd_set write_sets ;
int iret,iwrt ;
char buf[] ;
struct timeval tm ;
while()
{ tm.tv_sec = ;
tm.tv_usec = ;
FD_ZERO(&read_sets);
FD_ZERO(&write_sets);
for(i=;i<fdReadOpen.size();i++)
FD_SET(fdReadOpen[i], &read_sets);
FD_SET( , &write_sets); iret = select(, &read_sets, NULL, NULL, &tm);
iwrt = select(,&write_sets,NULL,NULL,&tm); //读
if(iret != )
{ for(i=;i<fdReadOpen.size();i++) //遍历ReadOpen
{
if(FD_ISSET(fdReadOpen[i], &read_sets)) //当收到ReadOpen[i]时
{
memset(buf, , );
read(fdReadOpen[i], buf, );
printf("%s\n" ,buf); //打印出来
for(j=;j<fdWriteOpen.size();j++) //向其他客户端转发
{
if(j != i) //AtoB 和 BtoA 的fdOpen存储位置是对应的
write(fdWriteOpen[j], buf, strlen(buf));
}
}
}
} // write
if(iwrt != )
{
if(FD_ISSET( , &write_sets))
{
memset(buf, , );
read(, buf, ) ;
char tembuf[] = UserName;
strcat(tembuf," :");
strcat(tembuf,buf);
for(i = ;i< fdWriteOpen.size();i++)
write(fdWriteOpen[i], tembuf, strlen(tembuf));
}
} } return ;
}
4、添加的客户端
1、按照输入格式在topo.txt 添加
2、再按一下 已经生成的 BuildFIFO 可执行文件，及自动生成所需的管道
3、vim 出客户端，代码只需 改动一处（见3） 便可以完成客户端的添加。
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