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modbus協議的物聯網tcp server

2021-07-29 08:23:57 其他

定義tcp server協議的資料結構

這里使用了libuv為基礎,來制作高性能的服務器,而作為服務器,我們必須支撐一種或者多種協議,這里使用類似于modbus協議的,資料結構被寫死了,并不靈活,以0x69開頭,0x16為結尾,如果需要適合其他協議,需要改寫代碼,一種方法是使用js來做腳本,或者json來做,用js更為簡單,并且可以以執行腳本的方式來執行一些初始化的指令,

//協議頭部和回呼函式設定
typedef struct tcp_settings
{
	urls url;
	//datatype 不同型別
	//
	char datatype = 0;
	unsigned char head = 0x69; //0x69 = 105
	//如果有頭部起始位置一定為0 一個位元組如0x69
	char headoffset = 0;
	//起始頭部為0 或者 1個位元組 .2 .3 .4
	char headlength = 0;
	//從第一個位元組開始是id,從0開始算
	char idoffset = 1;
	//4個位元組為id長度,設備id的長度
	char idlength = 4;
	//命令長度
	char cmdlength = 1;
	//命令偏移量
	char cmdoffset = 5;
	//代表包長內容的只有一個位元組
	char content_len = 1;
	//代表包長度的是第6個位元組為起始位置,從0開始算
	char content_offset = 6;

	char includeht = 0;
	//是否包含crc校驗和end
	char includecrcend = 0;
	// 0 是沒有校驗,2是2個位元組crc16 
	char crclen = 2; 

	char headfieldslen = 0;
	
	char timestamp_offset = 0;
	char timestamp_len = 0;
	char type_offset = 0;
	char type_len = 0;
	char memo_offset = 0;
	char memo_len = 0;

	//一個結束位元組,如果為零則忽略end
	char end_start = 1;
	//end_start 如果為零則忽略
	unsigned char end = 0x16;
	
	/*保留 
	big endian 0 
	little endian 1
	*/
	char bl = enum_big;

	/*計算出來的長度
	   初始化為-1,
	   否則大于0
	*/
	int hlen_calc = -1;
	
	uv_loop_t * uv_loop = NULL;
}tcp_settings;

主代碼

要達到高性能的代碼,
1、少量的拷貝 盡量少拷貝資料
2、執行緒池 使用執行緒池處理資料
3、異步 使用異步方式接收鏈接和接收資料
libuv支持了執行緒池的處理方式,以及本身就是異步方式的api,給我們提供了很大的方便性,

定義執行緒池資料結構

typedef struct thread_work {
	thread_work(client_t* cli, tcp_unit * unit) :
		request(),
		client(cli),
		data(unit),
		error(false) {
		//保存資料指標,傳到處理執行緒
		request.data = this;
	}
	uint32_t id =0;
	client_t* client = NULL;
	//把資料接過來進行處理
	tcp_unit * data = NULL;
	uv_work_t request;
	bool error;
}thread_work;

code

#include "uv.h"
#include "protocol.h"
#include "util.h"
#include <map>
#include <iostream>

using namespace std;
#define MAX_WRITE_HANDLES 1000

//考慮quick js
class tcp_server
{
	//包頭和包體的
	tcp_settings _set;
	//第二代資料結構,把決議放到腳本里,不要用c++決議,只接收資料
	tcp_settings2 _set2;
	//tcpserver
	uv_tcp_t * _server = NULL;
public:
	tcp_server(){}
	~tcp_server() {}
protected:
	//客戶端斷開連接
	static void on_close(uv_handle_t* handle) {
		//客戶端下線
		client_t* client = (client_t*)handle->data;
		client->clean();
		delete client;
		//client_offline(client->deviceid);
	}

	

	static void alloc_cb(uv_handle_t * handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {
		int buflen = 0;
		int headlen = 0;
		int bodylen = 0;
		client_t* client = (client_t*)handle->data;
		char *head = &(client->head[0]);     //資料接收的頭部
		char *pos = head + client->recvlen; //位置指向資料已經接收的下一個位元組
		//得到頭部長度
#ifdef _USE_SETTING1
		headlen = get_headlen(client->config);
#else
		headlen = get_headlen2(client->config2);
#endif
		if (client->status == enum_head) //接收頭部位元組
		{
			buflen = headlen - client->recvlen;
			*buf = uv_buf_init(pos, buflen);
		}
		else  //接收資料部分位元組
		{
			//得到包體長度
#ifdef _USE_SETTING1
			bodylen = get_bodylen(client->config, head); 
#else
			bodylen = get_bodylen2(client->config2, head); 
#endif
			//printf("the body len is %d\n", bodylen);
			if (bodylen > 0) {
				if (client->buffer_data == NULL) {
					//總長度
					//printf("create memory\n");
					client->buffer_data = new tcp_unit();
					//加上頭部長度
					client->buffer_data->headlen = headlen;
					client->buffer_data->data = new char[bodylen + headlen];
					client->buffer_data->tlen = bodylen + headlen;
					//資料接收的長度加上頭部的長度,開始接收資料體
					client->buffer_data->recvlen = headlen;
					//拷貝頭部
					memcpy(client->buffer_data->data, head, headlen);
					*buf = uv_buf_init(client->buffer_data->data + headlen, bodylen);
				}
				else {
					//前面加了頭部
					char * pos = client->buffer_data->data + client->buffer_data->recvlen;
					buflen = client->buffer_data->tlen - client->buffer_data->recvlen;
					*buf = uv_buf_init(pos, buflen);
				}
			}
			else { //否則沒有包體,只有包頭
				client->buffer_data->tlen = bodylen;
				client->buffer_data->recvlen = 0;
			}
		}

	}
	//


	
	static void worker(uv_work_t* req) {		
		thread_work * rb = (thread_work *)req->data;
		tcp_unit *tu = rb->data;

		tcp_server *server =(tcp_server*)rb->client->data;
		server->on_data(tu);
	}
	static void after_worker(uv_work_t* req,int status) {

		thread_work *work = static_cast<thread_work *>(req->data);
		tcp_unit * tu = work->data;
		free(tu->data);
		free(tu);
		free(work);
		
	}
	static int tcp_parser_execute(client_t* client, char *data, int size)
	{
		int headlen = 0;
#ifdef _USE_SETTING1
		headlen = get_headlen(client->config);
#else
		headlen = get_headlen2(client->config2);
#endif
		if (client->status == enum_head)
		{
			client->recvlen += size;
			//如果頭部位元組已經接收完畢
			if (headlen == client->recvlen)
			{
				client->status = enum_body; //開始接收包體資料
				//頭部已經接收完畢則發生事件
				//繼承加入可以發生事件,如加入串列
				tcp_server * server = (tcp_server *)client->data;
				server->on_headers_complete(client);
			}
		}
		else if (client->status == enum_body)
		{
			client->buffer_data->recvlen += size;
			if (client->buffer_data->tlen == client->buffer_data->recvlen) {//資料已經接收完畢
																			//包頭資料初始化
				client->recvlen = 0;
				client->status = enum_head; //開始重新接收包頭
				if (client->buffer_data->tlen > 0) {
					//發生事件
					tcp_server * server = (tcp_server *)client->data;
					server->on_message_complete(client);

					thread_work * work = new thread_work(client,client->buffer_data);
					work->id = client->deviceid;
					client->buffer_data = NULL;

					//訊息體接收結束,交給執行緒池處理
					int status = uv_queue_work(client->config->uv_loop,
						&work->request,
						worker,
						after_worker);
					CHECK(status, "uv_queue_work");
				}
			}
		}
		return client->recvlen;

	}

	static void on_read(uv_stream_t* tcp, ssize_t nread, const uv_buf_t * buf) {
		ssize_t parsed;
		client_t* client = (client_t*)tcp->data;
		if (nread >= 0) {
			parsed = (ssize_t)tcp_parser_execute(
				client, buf->base, nread);
			if (parsed < 0) {
				LOG_ERROR("parse error");
				//tcp_parser *parser = &client->parser;
				
				uv_close((uv_handle_t*)&client->tcp, on_close);
			}
		}
		else {
			if (nread != UV_EOF) {
				UVERR(nread, "read");
			}
			uv_close((uv_handle_t*)&client->tcp, on_close);
		}

	}

	static void on_connect(uv_stream_t* server_handle, int status) {
		CHECK(status, "connect");
		printf("connected!\n");
		tcp_server * server  = (tcp_server *)server_handle->data;
		client_t* client = (client_t*)calloc(1, sizeof(client_t));
		client->config   = &(server->_set);
		//這里還沒有改成讀json檔案,后面停用腳本檔案
		client->config2  = &(server->_set2);
		client->data     = server;
		uv_loop_t * uv_loop = client->config->uv_loop;

		uv_tcp_init(uv_loop, &client->tcp);

		client->tcp.data = client;

		int r = uv_accept(server_handle, (uv_stream_t*)&client->tcp);
		if (r == 0) {
			uv_read_start((uv_stream_t*)&client->tcp, alloc_cb, on_read);
		}
		else {
			CHECK(r, "accept");
			uv_close((uv_handle_t*)(&client->tcp), on_close);
		}
	}



public:
	//頭部接收完畢
	virtual int on_headers_complete(void *param) {
		return 0;
	}

	virtual int on_message_complete(void *param) {
		return 0;
	}
	//收到完整一幀資料
	virtual int on_data(tcp_unit * data) {
		return 0;
	}
	int start(const char * ip, uint16_t port) {
		int r = uv_tcp_init(_set.uv_loop, _server);
		//保存用戶資料,是tcp server 本身指標
		_server->data = this; // &_set;
		CHECK(r, "tcp_init");
		r = uv_tcp_keepalive(_server, 1, 60);
		CHECK(r, "tcp_keepalive");
		struct sockaddr_in address;
		r = uv_ip4_addr(ip, port, &address);
		CHECK(r, "ip4_addr");
		r = uv_tcp_bind(_server, (const struct sockaddr*)&address, 0);
		CHECK(r, "tcp_bind");
		r = uv_listen((uv_stream_t*)_server, MAX_WRITE_HANDLES, on_connect);
		CHECK(r, "uv_listen");

		//tcp_servers.push(port, server);
		return 0;

	}
	int  tcp_init(const char * configfile,uv_loop_t * uv_loop)
	{
	//fix me ,here is not use configfile
		_server = new uv_tcp_t();
		_set.uv_loop = uv_loop;
#if  0
		if (read_config_protocol(configfile, _set) != 0)
		{
			cout << "error read config file "<<configfile << endl;
			uninit();
			return -1;
		}
		//
		_set.hlen_calc = get_headlen(&_set);

		printf("the head len is %d\n", _set.hlen_calc);
#endif
		return 0;
	}

	void uninit()
	{
		free(_server);
	}

	//得到所有的客戶端ip地址和流量等資料
	int getclients()
	{
		return 0;
	}
	client_t *getclient(uint32_t deviceid) {
		return NULL;
	}

};

主要代碼按照包頭–》包體的方式接收,接收完包頭,接收包體,然后進入下一個回圈,

呼叫

未完待續

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