(윤성우 저, 'TCP/IP 소켓 프로그래밍' - 11장 관련 내용입니다)


책에 기술 된 Multiplexing 서버와 Multiprocessing 클라이언트를 일부 수정하여 채팅 프로그램을 작성하는 문제입니다.
다중 접속을 지원하고 다중 접속 시 카카오톡 단체채팅방처럼 한 사람의 대화를 모든 사람이 보도록 구현하였습니다.


아래는 Multiplexing 서버를 수정한 채팅 서버 코드입니다.
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
 
#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *buf);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    //소켓, timeout값, fd_set값 등을 저장할 변수 선언
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    struct timeval timeout;
    fd_set reads, cpy_reads;
    socklen_t adr_sz;
    int fd_max, str_len, fd_num, i;
    char buf[BUF_SIZE];
 
    //입력 포맷이 맞지 않으면 오류 출력 후 종료
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    //서버의 소켓을 생성
    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    //서버의 주소정보를 저장, 이때 네트워크 바이트 순서로 저장한다
    memset(&serv_adr, 0sizeof(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]));
    
    //bind 함수를 통해 소켓에 서버의 주소정보를 할당
    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");
 
    //연결 대기 상태로 진입
    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error");
 
    //fd_set형 변수 reads의 모든 비트를 0으로 초기화
    FD_ZERO(&reads);
    //소켓 디스크립터 정보를 등록
    FD_SET(serv_sock, &reads);
    //소켓의 번호를 저장
    fd_max=serv_sock;
 
    while(1) {
        cpy_reads=reads;
        //타임아웃 시간 설정
        timeout.tv_sec=5;
        timeout.tv_usec=5000;
        
        //소켓 포함 모든 파일디스크립터를 대상으로 '수신된 데이터의 존재여부' 검사
            //오류가 발생했다면
        if((fd_num=select(fd_max+1&cpy_reads, 00&timeout))==-1) {
            break;
        }
            //Timeout이 발생했다면
        if(fd_num==0) {
            continue;
        }
            //변화가 발생했다면
        for(i=0; i<fd_max+1; i++) {
            if(FD_ISSET(i, &cpy_reads)) {
                // 연결요청이 발생했다면
                if(i==serv_sock) {
                    //연결요청 수락    
                    adr_sz=sizeof(clnt_adr);
                    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
                    
                    //해당 연결을 감시하도록 FD_SET을 통해 설정
                    FD_SET(clnt_sock, &reads);
                    //연결을 통해 clnt_sock 값이 증가했다면 fd_max 재설정
                    //(연결종료 된 클라이언트 < 새로 연결된 클라이언트)이라면 
                    if(fd_max<clnt_sock)
                        fd_max=clnt_sock;
                    printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
                }
                else {
                    //메세지를 읽어들임   
                    str_len=read(i, buf, BUF_SIZE);
                    //종료 요청이 왔다면 연결 종료, fd_set값 초기화, 해당 소켓 종료
                    if(str_len==0) {    
                        FD_CLR(i, &reads);
                        close(i);
                        printf("closed client: %d \n", i);
                    }
                    //메세지가 왔다면
                    else {
                        //write(i, buf, str_len);    // echo!
                        //메세지를 모든 사람에게 전송 (4가 첫번째 소켓)
                        for(int j=4; j < fd_max + 1; j++) { 
                            write(j, buf, str_len);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}
 
void error_handling(char *buf) {
    fputs(buf, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}




아래는 Multiprocessing 클라이언트를 수정한 채팅 클라이언트 코드입니다.
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
 
#define BUF_SIZE 100
#define NAME_SIZE 20
 
void error_handling(char *message);
void read_routine(int sock, char *buf);
void write_routine(int sock, char *buf);
 
char name[NAME_SIZE] = "[NULL]";
char buf[BUF_SIZE];
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    //소켓, pid값 등을 저장할 변수선언
    int sock;
    pid_t pid;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in serv_adr;
    
    //입력 포맷이 맞지 않으면 오류 출력 후 종료
    if(argc!=4) {    
        printf("Usage : %s <IP> <port> <name>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    //데이터를 형식에 맞추어 쓰드록 지정
    sprintf(name, "[%s]", argv[3]);
 
    //클라이언트 소켓 설정
    sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    memset(&serv_adr, 0sizeof(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]));
    
    //connect함수를 통해 서버와 연결 시도
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("connect() error!");
 
    //fork 함수를 통해 입력, 출력을 처리하는 프로세스를 각각 만듦 
    pid=fork();
    if(pid==0)
        write_routine(sock, buf);
    else 
        read_routine(sock, buf);
 
    close(sock);
    return 0;
}
 
//서버로부터 메세지를 읽어들이는 함수
void read_routine(int sock, char *buf) {
    char total_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];
    while(1) {
        //서버로부터 메세지를 읽어들임
        int str_len=read(sock, total_msg, NAME_SIZE + BUF_SIZE);
        
        //close를 받았다면 종료
        if(str_len==0)
            return;
 
        //데이터 출력
        total_msg[str_len]=0;
        fputs(total_msg, stdout);
        //printf("Message from server: %s", buf);
    }
}
 
//서버로 메세지를 전송하는 함수
void write_routine(int sock, char *buf) {
    char total_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];
    while(1) {
        //입력값을 받아들임
        fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
        
        //만약 'q'나 'Q' 문자가 입력되면 종료 
        if(!strcmp(buf,"q\n"|| !strcmp(buf,"Q\n")) {    
            shutdown(sock, SHUT_WR);
            return;
        }
        
        //데이터를 형식에 맞추어 쓰드록 지정
        sprintf(total_msg, "%s %s", name, buf);
        
        //서버로 입력한 데이터 전송
        write(sock, total_msg, strlen(total_msg));
    }
}
 
void error_handling(char *message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}



(윤성우 저, 'TCP/IP 소켓 프로그래밍' - 10장 관련 내용입니다)


Select 함수를 이용하여 주어진 서버와 통신하는 I/O 멀티플렉싱 클라이언트를 작성하는 문제입니다.


 - 일정 시간 내에 데이터를 입력하지 않을 경우 Time Out 메시지 출력

 - read_routine 함수와 write_routine함수 적절히 호출


아래는 주어진 서버(multi_serv.c) 코드입니다.

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
 
#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *buf);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    struct timeval timeout;
    fd_set reads, cpy_reads;
 
    socklen_t adr_sz;
    int fd_max, str_len, fd_num, i;
    char buf[BUF_SIZE];
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0sizeof(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");
 
    FD_ZERO(&reads);
    FD_SET(serv_sock, &reads);
    fd_max=serv_sock;
 
    while(1)
    {
        cpy_reads=reads;
        timeout.tv_sec=5;
        timeout.tv_usec=5000;
 
        if((fd_num=select(fd_max+1&cpy_reads, 00&timeout))==-1)
            break;
        
        if(fd_num==0)
            continue;
 
        for(i=0; i<fd_max+1; i++)
        {
            if(FD_ISSET(i, &cpy_reads))
            {
                if(i==serv_sock)     // connection request!
                {
                    adr_sz=sizeof(clnt_adr);
                    clnt_sock=
                        accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
                    FD_SET(clnt_sock, &reads);
                    if(fd_max<clnt_sock)
                        fd_max=clnt_sock;
                    printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
                }
                else    // read message!
                {
                    str_len=read(i, buf, BUF_SIZE);
                    if(str_len==0)    // close request!
                    {
                        FD_CLR(i, &reads);
                        close(i);
                        printf("closed client: %d \n", i);
                    }
                    else
                    {
                        write(i, buf, str_len);    // echo!
                    }
                }
            }
        }
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}
 
void error_handling(char *buf)
{
    fputs(buf, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}




주어진 multi_server 코드에 맞는 echo_client를 구현하기 위해 아래와 같은 코드를 작성했습니다.


코드 설명입니다.

1. 먼저 서버와 통신하기 위한 기본적인 과정을 거칩니다. (socket 만들고 connect)

2. select함수를 사용하기 위해 초기화와 타임아웃 값 설정 과정을 거칩니다.

3. select함수를 이용하여 입력 디스크립터(0번)과 소켓 디스크립터를 감시하여 수신된 데이터의 존재 여부를 검사합니다.

4. 수신된 데이터의 없다면 "Time-out!"을 출력하고 수신된 데이터가 있다면 입력, 출력 여부에 맞게 처리해줍니다.


아래는 구현한 echo_client 코드입니다.

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
 
#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);
void read_routine(int sock, char *buf);
void write_routine(int sock, char *buf);
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    int sock;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in serv_adr;
 
    //타이머를 계산하기 위해 timeval형 변수 timeout 설정
    struct timeval timeout;
    //fd_set형 변수 선언하여 파일 디스크립터 정보 등록
    fd_set reads, cpy_reads;
    //검사할 파일 디스크립터의 수
    int fd_max, fd_num;
 
    if(argc!=3) {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0sizeof(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!");
 
    //fd_set형 변수 reads의 모든 비트를 0으로 초기화
    FD_ZERO(&reads);
    //입력 및 소켓 디스크립터 정보를 등록
    FD_SET(0&reads);
    FD_SET(sock, &reads);
    //소켓의 번호를 저장
    fd_max = sock;
    while(1) {
        cpy_reads = reads;
        //타임아웃 시간 설정
        timeout.tv_sec=5;
        timeout.tv_usec=0;
        //소켓 포함 모든 파일디스크립터를 대상으로 '수신된 데이터의 존재여부' 검사
        fd_num=select(fd_max+1&cpy_reads, 00&timeout);
        //오류가 발생했다면
        if(fd_num==-1) {
            error_handling("select() error\n");
        }
        //Timeout이 발생했다면
        else if (fd_num == 0) {
            puts("Time-out!");
            continue;
        }
        //변화가 발생했다면
        else {
            //만약 입력 디스크립터에 변화가 발생했다면 (사용자로부터 데이터를 입력받았다면)
            if(FD_ISSET(0&cpy_reads)) {
                //입력된 내용을 서버로 전송하는 함수
                write_routine(sock, buf);
                //파일 디스크립터 정보 삭제
                FD_CLR(0&cpy_reads);
            }
            //만약 포트에 변화가 발생했다면(서버로부터 데이터를 받았다면)
            if(FD_ISSET(sock, &cpy_reads)) {
                //받은 데이터를 출력하는 함수
                read_routine(sock, buf);
                //파일 디스크립터 정보 삭제
                FD_CLR(sock, &cpy_reads);
            }
        }
    }
    close(sock);
    return 0;
}
 
void read_routine(int sock, char *buf)
{
    int str_len=read(sock, buf, BUF_SIZE);
    if(str_len==0)
        return;
 
    buf[str_len]=0;
    printf("Message from server: %s", buf);
}

void write_routine(int sock, char *buf)
{
    fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
    if(!strcmp(buf,"q\n"|| !strcmp(buf,"Q\n"))
    {
        shutdown(sock, SHUT_WR);
        exit(0);
    }
    write(sock, buf, strlen(buf));
}

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


(윤성우 저, 'TCP/IP 소켓 프로그래밍' - 4장 관련 내용입니다)


echo_client 코드가 주어질 때, 주어진 클라이언트의 IP Address와 Port 번호를 출력하는 Iterative Echo Server를 만드는 문제입니다.


아래는 echo_client 코드입니다.

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#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, char *argv[])
{
    int sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    struct sockaddr_in serv_adr;
 
    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, 0sizeof(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!");
    else
        puts("Connected...........");
    
    while(1
    {
        fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
        fgets(message, BUF_SIZE, stdin);
        
        if(!strcmp(message,"q\n"|| !strcmp(message,"Q\n"))
            break;
 
        write(sock, message, strlen(message));
        str_len=read(sock, message, BUF_SIZE-1);
        message[str_len]=0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    
    close(sock);
    return 0;
}
 
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}




주어진 echo_client 코드에 맞는 echo_server를 구현하기 위해 아래와 같은 코드를 작성했습니다.

(코드에서 해당되는 모든 부분에 주석으로 설명을 달았습니다. 아래 코드를 보고 이해가 안 된다면 가장 위에 언급된 책 4장을 참고하시기 바랍니다.)

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//헤더 부분입니다.
#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);
 
//main함수
int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;        //서버와 클라이언트 소켓을 저장할 변수 선언
    char message[BUF_SIZE];            //메세지를 저장할 변수 선언
    int str_len, i;
 
    //서버와 클라이언트 주소정보를 저장할 구조체 변수 선언
    struct sockaddr_in serv_adr;
    struct sockaddr_in clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
 
  //입력값 올바르지 않다면 에러
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    //서버의 소켓을 생성
    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock==-1)
        error_handling("socket() error");
 
    //서버의 주소정보를 저장, 이때 네트워크 바이트 순서로 저장한다
    memset(&serv_adr, 0sizeof(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]));
 
    //bind 함수를 통해 소켓에 서버의 주소정보를 할당
    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");
 
    //연결 대기 상태로 진입
    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error");
 
    clnt_adr_sz=sizeof(clnt_adr);
 
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        //클라이언트로 부터 연결 요청이 오면 수락한다. 이때 클라이언트의 주소 정보를 저장한다.
        clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        if(clnt_sock==-1)
            error_handling("accept() error");
        else {
            /*
            클라이언트의 IP를 출력하기 위해 구조체 clnt_adr의 인자 sin_addr에 저장된 IP주소를 참조.
            이때 32비트 정수 자료형으로 저장 된 IP 주소를 네트워크 바이트 순서로 바꾸어
            OOO.OOO.OOO.OOO 형태의 문자열로 출력하기 위해 inet_ntoa 함수를 이용한다.
            */
            printf("Client's IP : %s\n",inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr));
 
            /*
            클라이언트의 Port번호를 출력하기 위해 구조체 clnt_adr의 인자 sin_port에 저장된
            Port번호를 참조. 이때 Big Endian 방식으로 저장 된 포트 번호를 네트워크 바이트 순서로
            정렬해서 반환하기 위해 ntohs 함수를 이용한다.
            */
            printf("Client's Port : %d\n",ntohs(clnt_adr.sin_port));
 
            printf("Connected client %d \n", i+1);
        }
        //버퍼를 다 읽어와 이를 출력한다. 클라이언트가 종료 요청시에 while문을 탈출한다.
        while((str_len=read(clnt_sock, message, BUF_SIZE))!=0)
            write(clnt_sock, message, str_len);
 
        //클라이언트 소켓의 종료를 받아들인다.
        close(clnt_sock);
    }
  //서버 소켓의 종료
    close(serv_sock);
    return 0;
}
 
//에러 처리
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}