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client - server 구현 (3)
알아야 할 것들
  1. Thread
  2. mutex
  3. chrono ( server 통신 timer로서 사용)

 

Thread 기본 이론

  • 하나의 프로세스에서 여러일을 병렬처럼 사용하고자 사용
    • 자원 공유 ( Heap 영역 / 전역변수 / 주소공간 / [시그널/ 파일] 핸들러 등등)
      • 자원을 공유하기에 같은 곳 동시에 접근하지 않도록 적절한 관리가 필요
    • 비동기처리를 할 때에 주로 사용됨

 

Mutex

  • Thread에서 자원을 공유하는 부분에 동시에 접근하는 것을 막기 위해 사용
  • 이번 예제에서는 출력하는 부분이 일정한 처리가 되지 않아 제대로 출력되지 않는 것에 있어서 mutex를 사용
  • 너무 큰 범위의 mutex, 또는 너무 작은 범위의 mutex 사용은 관리의 힘듬을 야기할 수 있음
  • mutex, semaphore, 조건변수 들을 활용하여 자원 공유 문제를 회피 할 수 있음

 

Chrono

  • 정확한 시간값을 위하여 사용
  • Server 타임아웃을 위해서 사용

 

Client 구현

#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>


#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

class Winsock {
public:
	Winsock() {
		WSADATA wsaData;
		int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
		if (result != 0)
		{
			throw std::runtime_error("WSAStartup failed with error : " + std::to_string(result));
		}
	}

	~Winsock()
	{
		WSACleanup();
	}
};

class ClientSocket {
public:
	// 소켓 생성자
	ClientSocket(const std::string& host, const std::string& port)
	{
		addrinfo hints = {};
		hints.ai_family = AF_INET;
		hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
		hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;

		addrinfo* result = nullptr;
		int addrResult = getaddrinfo(host.c_str(), port.c_str(), &hints, &result);

		if (addrResult != 0)
		{
			throw std::runtime_error("getaddrinfo failed with errro: " + std::to_string(addrResult));
		}

		for (addrinfo* ptr = result; ptr != nullptr; ptr = ptr->ai_next)
		{
			sock = socket(ptr->ai_family, ptr->ai_socktype, ptr->ai_protocol);
			if (sock == INVALID_SOCKET)
			{
				continue;
			}

			u_long mode = 1;
			//ioctlsocket 함수 성공 -> 0 반환
			//NO_ERROR == 0
			if (ioctlsocket(sock, FIONBIO, &mode) != NO_ERROR)
			{
				closesocket(sock);
				sock = INVALID_SOCKET;
				continue;
			}
			if (connect(sock, ptr->ai_addr, (int)ptr->ai_addrlen) == SOCKET_ERROR)
			{
				int error = WSAGetLastError();
				if (error != WSAEWOULDBLOCK)
				{
					closesocket(sock);
					sock = INVALID_SOCKET;
					continue;
				}
			}
			else
			{
				break;
			}

			fd_set writeSet;
			FD_ZERO(&writeSet);
			FD_SET(sock, &writeSet);

			timeval timeout;
			timeout.tv_sec = 10;
			timeout.tv_usec = 0;

			int selectResult = select(0, nullptr, &writeSet, nullptr, &timeout);
			if (selectResult > 0 && FD_ISSET(sock, &writeSet))
			{
				int error;
				int len = sizeof(error);

				if (getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (char*)&error, &len) == 0)
				{
					if (error == 0)
					{
						break;
					}
					else
					{
						closesocket(sock);
						sock = INVALID_SOCKET;
					}
				}
			}
			else if (selectResult == 0)
			{
				throw std::runtime_error("connect timeout");
			}
			else
			{
				throw std::runtime_error("select failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
			}
		}

		freeaddrinfo(result);

		if (sock == INVALID_SOCKET)
		{
			throw std::runtime_error("Unable to connect to server!");
		}
	}

	~ClientSocket()
	{
		if (sock != INVALID_SOCKET)
		{
			closesocket(sock);
		}
	}

	void send(const std::string& message)
	{
		fd_set writeSet;
		FD_ZERO(&writeSet);
		FD_SET(sock, &writeSet);

		timeval timeout;
		timeout.tv_sec = 1;
		timeout.tv_usec = 0;

		int selectResult = select(0, nullptr, &writeSet, nullptr, &timeout);
		if (selectResult > 0 && FD_ISSET(sock, &writeSet))
		{

			int sendResult = ::send(sock, message.c_str(), (int)message.size(), 0);
			if (sendResult == SOCKET_ERROR)
			{
				throw std::runtime_error("send failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
			}
		}
		else if (selectResult == 0)
		{
			throw std::runtime_error("send timeout");
		}
		else
		{
			throw std::runtime_error("select failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
		}
	}

	std::string receive(size_t size)
	{
		fd_set readSet;
		FD_ZERO(&readSet);
		FD_SET(sock, &readSet);

		timeval timeout;
		timeout.tv_sec = 1;
		timeout.tv_usec = 0;

		int selectResult = select(0, &readSet, nullptr, nullptr, &timeout);
		if (selectResult > 0 && FD_ISSET(sock, &readSet))
		{
			std::string buffer(size, '\0');
			int recvResult = recv(sock, &buffer[0], (int)size, 0);
			if (recvResult > 0)
			{
				buffer.resize(recvResult);
				return buffer;
			}
			else if (recvResult == 0)
			{
				return {};
			}
			else
			{
				throw std::runtime_error("recv failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
			}
		}
		else if (selectResult == 0)
		{
			return {};
		}
		else
		{
			throw std::runtime_error("select failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
		}

	}
private:
	SOCKET sock = INVALID_SOCKET;
};



std::mutex outputMutex;

//쓰레드 사용 ( client 생성을 위한 thread )
void client_thread(int id)
{
	try 
	{
		ClientSocket socket("localhost", "27015");

		std::string message = "Hello from Client" + std::to_string(id);
		socket.send(message);
		
		std::string response = socket.receive(512);

		std::lock_guard<std::mutex> lock(outputMutex);
		std::cout << "Client " << id << " recieved : " << response << std::endl;
	}
	catch (const std::exception& e)
	{
		std::cerr << "Client " << id << " exception: " << e.what() << std::endl;
	}
}
int main()
{

	Winsock winsock;
	
    //여러개의 thread를 생성하기 위해 vector 사용
	std::vector<std::thread> threads;
	for (int i = 0; i < 5; ++i)
	{
    	//thread를 생성하고 vector에 추가
		threads.emplace_back(client_thread, i+1);
        //해당 Sleep부분은 서버의 timeout을 test하기 위해서 사용
		Sleep(4000);
	}

	for (auto& thread : threads)
	{
    	// thread 종료 대기
		thread.join();
	}

	return 0;
}

 

 

SERVER 구현

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

#define PORT 27015
#define BUFFER_SIZE 1024



std::string GetLastErrorAsString() {
    DWORD errorMessageID = ::WSAGetLastError();
    if (errorMessageID == 0) {
        return std::string();
    }

    LPSTR messageBuffer = nullptr;
    size_t size = FormatMessageA(
        FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER | FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM | FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS,
        NULL, errorMessageID, MAKELANGID(LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT), (LPSTR)&messageBuffer, 0, NULL
    );

    std::string message(messageBuffer, size);

    LocalFree(messageBuffer);

    return message;
}

class Winsock
{
public:
    Winsock()
    {
        WSADATA wsaData;
        int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
        if (result != 0)
        {
            throw std::runtime_error("WSAStartup failed with error : " + std::to_string(result));
        }
    }

    ~Winsock()
    {
        WSACleanup();
    }
};

class ServerSocket
{
public:
    ServerSocket()
    {
        serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (serverSocket == INVALID_SOCKET)
        {
            WSACleanup();
            throw std::runtime_error("Socket creation failed : " + GetLastErrorAsString());
        }

        serverAddr.sin_family = AF_INET;
        serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
        serverAddr.sin_port = htons(PORT);

        if (bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR)
        {
            closesocket(serverSocket);
            throw std::runtime_error("Socket bind failed : " + GetLastErrorAsString());
        }

        if (listen(serverSocket, 100) == SOCKET_ERROR)
        {
            closesocket(serverSocket);
            throw std::runtime_error("Socket listen failed : " + GetLastErrorAsString());
        }

        u_long mode = 1;
        if (ioctlsocket(serverSocket, FIONBIO, &mode) != NO_ERROR)
        {
            closesocket(serverSocket);
            throw std::runtime_error("ioctlsocket failed : " + GetLastErrorAsString());
        }

        std::cout << "Waiting for connection..." << std::endl;

    }

    void accept_connection()
    {
    	// server client 연결 요청 대기 타임아웃 시간 10초 설정
        auto time = std::chrono::steady_clock::now();
        auto timeout_duration = std::chrono::seconds(10); // 10초 타임아웃

        while (true)
        {
            fd_set readSet;
            FD_ZERO(&readSet);
            FD_SET(serverSocket, &readSet);

            timeval timeout;
            timeout.tv_sec = 1;
            timeout.tv_usec = 0;

            int selectResult = select(0, &readSet, nullptr, nullptr, &timeout);
            if (selectResult > 0 && FD_ISSET(serverSocket, &readSet))
            {
                SOCKET acceptSocket = accept(serverSocket, nullptr, nullptr);
                if (acceptSocket == INVALID_SOCKET)
                {

                    int error = WSAGetLastError();
                    if (error != WSAEWOULDBLOCK)
                    {
                        throw std::runtime_error("Socket accept failed : " + GetLastErrorAsString());
                    }
                    continue;

                }
                else
                {
                	//연결 요청이 있을경우, 타임 아웃 시간을 해당 시간부터 계산하기 위해 설정
                    time = std::chrono::steady_clock::now();

                    u_long mode = 1;
                    if (ioctlsocket(acceptSocket, FIONBIO, &mode) != NO_ERROR)
                    {
                        std::cerr << " ioctlsocket for acceptSocket failed : " + GetLastErrorAsString() << std::endl;
                        closesocket(acceptSocket);
                        continue;
                    }
                    //.detach 함수를 이용해 백그라운드에서 thread 실행
                    // handle_client 부분을 수행 후에 자동 종료되지만 그 전에 main 함수가 끝나지 않도록 주의
                    // 회피 방법 : thread 대기 종료  ( main이 먼저 종료될 경우 좀비프로세스가 될 수 있음 )
                    std::thread(&ServerSocket::handle_client, this, acceptSocket).detach();
                }
            }
            else if (selectResult == 0)
            {
            	//타임아웃 종료 매커니즘
                auto current_time = std::chrono::steady_clock::now();
                if (current_time - time >= timeout_duration)
                {
                    std::cout << "No connection attempts within timeout period. Exiting accept loop." << std::endl;
                    break;
                }
                continue;
            }
            else
            {
                throw std::runtime_error("select failed with error : " + std::to_string(WSAGetLastError()));
            }
            
        }
    }


    void handle_client(SOCKET acceptSocket)
    {
        const char* message = "Hello from server";
        char buffer[BUFFER_SIZE] = { 0, };

        while (true)
        {
            fd_set readSet;
            FD_ZERO(&readSet);
            FD_SET(acceptSocket, &readSet);

            timeval timeout;
            timeout.tv_sec = 10;
            timeout.tv_usec = 0;
            int selectResult = select(0, &readSet, nullptr, nullptr, &timeout);
            
            if (selectResult > 0 && FD_ISSET(acceptSocket, &readSet))
            {
                int recvResult = recv(acceptSocket, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
                if (recvResult > 0)
                {
                	// recv 및 send 부분을 mutex로 통제하여 순서가 섞이게 출력되지 않도록 설정
                    std::lock_guard<std::mutex> lock(outputMutex);
                    std::cout << "Message from client : " << buffer << std::endl;
                    send(acceptSocket, message, strlen(message), 0);
                    std::cout << "(server-> client) send message" << std::endl;
                }
                else if (recvResult == 0)
                {
                    std::lock_guard<std::mutex> lock(outputMutex);
                    std::cout << "Connection closed" << std::endl;
                    closesocket(acceptSocket);
                    break;
                }
                else
                {
                    std::cerr << "recv failed with error : " << GetLastErrorAsString() << std::endl;
                    closesocket(acceptSocket);
                    break;
                }
            }
            else if (selectResult == 0)
            {
                throw std::runtime_error("recv timeout");
                closesocket(acceptSocket);
                break;
            }
            else
            {
                throw std::runtime_error("select failed with error : " + GetLastErrorAsString());
                closesocket(acceptSocket);
                break;
            }
        }

    }
    ~ServerSocket()
    {
        if (serverSocket != INVALID_SOCKET)
        {
            closesocket(serverSocket);
            serverSocket = INVALID_SOCKET;
        }

    }


private:
    SOCKET serverSocket = INVALID_SOCKET;
    struct sockaddr_in serverAddr;
    static std::mutex outputMutex;

};
//전역으로 mutex 설정
std::mutex ServerSocket::outputMutex;

int main()
{
    try
    {

        Winsock winsock;
        ServerSocket serverSocket;

        serverSocket.accept_connection();
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        std::cerr << "Exception : " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

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