一、概述
在传统的编程概念中,过程是由程序员在本地编译完成,并只能局限在本地运行的一段代码,也即其主程序和过程之间的运行关系是本地调用关系。因此这种结构在网络日益发展的今天已无法适应实际需求。总而言之,传统过程调用模式无法充分利用网络上其他主机的资源(如CPU、Memory等),也无法提高代码在实体间的共享程度,使得主机资源大量浪费。 |
而本文要介绍的RPC编程,正是很好地解决了传统过程所存在的一系列弊端。通过RPC我们可以充分利用非共享内存的多处理器环境(例如通过局域网连接的多台工作站),这样可以简便地将你的应用分布在多台工作站上,应用程序就像运行在一个多处理器的计算机上一样。你可以方便的实现过程代码共享,提高系统资源的利用率,也可以将以大量数值处理的操作放在处理能力较强的系统上运行,从而减轻前端机的负担。 |
二、RPC的结构原理及其调用机制 |
当一次RPC调用结束后,相应线程发送相应的信号,客户端程序才会继续运行。
当然,一台服务主机上可以有多个远程过程提供服务,那么如何来表示一个唯一存在的远程过程呢?一个远程过程是有三个要素来唯一确定的:程序号、版本号和过程号。程序号是用来区别一组相关的并且具有唯一过程号的远程过程。一个程序可以有一个或几个不同的版本,而每个版本的程序都包含一系列能被远程调用的过程,通过版本的引入,使得不同版本下的RPC能同时提供服务。每个版本都包含有许多可供远程调用的过程,每个过程则有其唯一标示的过程号。 |
三、基于RPC的应用系统开发 |
通过以上对RPC原理的简介后,我们再来继续讨论如何来开发基于RPC的应用系统。一般而言在开发RPC时,我们通常分为三个步骤: |
a、定义说明客户/服务器的通信协议。 |
这里所说的通信协议是指定义服务过程的名称、调用参数的数据类型和返回参数的数据类型,还包括底层传输类型(可以是UDP或TCP),当然也可以由RPC底层函数自动选择连接类型建立TI-RPC。最简单的协议生成的方法是采用协议编译工具,常用的有Rpcgen,我会在后面实例中详细描述其使用方法。 |
b、开发客户端程序。 |
c、开发服务器端程序。 |
开发客户端和服务器端的程序时,RPC提供了我们不同层次的开发例程调用接口。不同层次的接口提供了对RPC不同程度控制。一般可分为5个等级的编程接口,接下来我们分别讨论一下各层所提供的功能函数。 |
1、简单层例程 |
简单层是面向普通RPC应用,为了快速开发RPC应用服务而设计的,他提供了如下功能函数。 |
|
函数名
功能描述
Rpc_reg( )
在一特定类型的传输层上注册某个过程,来作为提供服务的RPC程序
Rpc_call( )
远程调用在指定主机上指定的过程
Rpc_Broadcast( )
向指定类型的所有传输端口上广播一个远程过程调用请求
2、高层例程 |
在这一层,程序需要在发出调用请求前先创建一个客户端句柄,或是在侦听请求前先建立一个服务器端句柄。程序在该层可以自由的将自己的应用绑在所有的传输端口上,它提供了如下功能函数。 |
|
3、中间层例程 |
中间层向程序提供更为详细的RPC控制接口,而这一层的代码变得更为复杂,但运行也更为有效,它提供了如下功能函数。 |
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4、专家层例程 |
这层提供了更多的一系列与传输相关的功能调用,它提供了如下功能函数。 |
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5、底层例程 |
该层提供了所有对传输选项进行控制的调用接口,它提供了如下功能函数。 |
函数名 |
功能描述 |
Clnt_dg_create( ) |
采用无连接方式向远程过程在客户端建立客户句柄 |
Svc_dg_create( ) |
采用无连接方式建立服务句柄 |
Clnt_vc_create( ) |
采用面向连接的方式建立客户句柄 |
Svc_vc_create( ) |
采用面向连接的方式建立RPC服务句柄 |
Clnt_call( ) |
客户端向服务器端发送调用请求 |
http://www.yuanma.org/data/2006/0918/article_1560.htm
关于“RPC语言”
RPC语言也是一种专门的编程语言,当然这里我们不需要知道太多,只需要能看懂下面这种基本结构就行了:
program TESTPROG { version VERSION { string TEST(string) = 1; } = 1; } = 87654321; |
“string TEST(string) = 1;”这一行说明有两个函数test_VERSION和test_VERSION_svc,这里由于VERSION变量为1,所以函数名为test_1和test_1_svc,这两个函数用于在服务器端和客户端实现调用,即:
在客户端调用test_1函数,服务器端调用test_1_svc函数处理并返回。
函数的类型是string,RPC语言中string即C里面的一个字符串。所以上述函数有一个字符串作为参数传递,同时要返回字符串。即:
char ** test_1(char **argp, CLIENT *clnt) 和 char **test_1_svc(char **argp, struct svc_req *rqstp)
同理,如果声明是这样的:
program RDICTPROG /* name of remote program ( not used ) */ { version RDICTVERS /* declaration of version ( see below ) */ { int INITW ( void ) = 1; /* first procedure in this program */ int INSERTW ( string ) = 2; /* second procedure in this program */ int DELETEW ( string ) = 3; /* third procedure in this program */ int LOOKUPW ( string ) = 4; /* fourth procedure in this program */ } = 1; /* definition of the program version */ } = 0x30090949; /* remote program number ( must be unique ) */ |
原任务
假设现在有这样一个程序,源代码如下:
/* dict.c – main, initw, nextin, insertw, deletew, lookupw */ |
include <stdio.h>
include <string.h>
include <stdlib.h>
include <ctype.h>
define MAXWORD 50 /* maximum length of a command or word */
define DICTSIZ 100 /* maximum number of entries in dictionary. */
char dict[DICTSIZ][MAXWORD + 1]; /* storage for a dictionary of words */
int nwords = 0; /* number of words in the dictionary */
/* 函数原型 */
int nextin(char *cmd, char *word);
int initw(void);
int insertw(const char *word);
int deletew(const char *word);
int lookupw(const char *word);
/* ——————————————————————
* main – insert, delete, or lookup words in a dictionary as specified
* —————————————————————— */
int main(int argc, char *argv[])
{
char word[MAXWORD + 1]; /* space to hold word from input line */
char cmd;
int wordlen; /* length of input word */
printf(“Please input:\n”);
while (1) {
wordlen = nextin(&cmd, word);
if (wordlen < 0) {
exit(0);
}
switch (cmd) {
case ‘I’: /* 初始化 */
initw();
printf(“Dictionary initialized to empty.\n”);
break;
case ‘i’: /* 插入 */
insertw(word);
printf(“%s inserted.\n”, word);
break;
case ‘d’: /* 删除 */
if (deletew(word)) {
printf(“%s deleted.\n”, word);
} else {
printf(“%s not found.\n”, word);
}
break;
case ‘l’: /* 查询 */
if (lookupw(word)) {
printf(“%s was found.\n”, word);
} else {
printf(“%s was not found.\n”, word);
}
break;
case ‘q’: /* 退出 */
printf(“Program quits.\n”);
exit(0);
break;
default: /* 非法输入 */
printf(“command %c invalid.\n”, cmd);
break;
} /* end of switch */
} /* end of while */
return 0;
} /* end of main */
/* ——————————————————————
* nextin – read a command and(possibly) a word from the next input line
* —————————————————————— */
int nextin(char *cmd, char *word)
{
int i, ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
*cmd = (char) ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
if (ch == ‘\n’) {
return (0);
}
i = 0;
while (!isspace(ch)) {
if (++i > MAXWORD) {
printf(“error: word too long.\n”);
exit(1);
}
*word++ = ch;
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
word = ‘\0’; / 原来的代码这里有问题 */
return i;
} /* end of nextin */
/* ——————————————————————
* initw – initialize the dictionary to contain no words at all
* —————————————————————— */
int initw(void)
{
nwords = 0;
return 1;
} /* end of initw */
/* ——————————————————————
* insertw – insert a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int insertw(const char *word)
{
strcpy(dict[nwords], word);
nwords++;
return (nwords);
} /* end of insertw */
/* ——————————————————————
* deletew – delete a word from the dictionary
* —————————————————————— */
int deletew(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
nwords–;
strcpy(dict[i], dict[nwords]);
return (1);
}
} /* end of for */
return (0);
} /* end of deletew */
/* ——————————————————————
* lookupw – look up a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int lookupw(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
return (1);
}
} /* end of for */
return (0);
} /* end of lookupw */
这是一个简单的字典程序,即程序运行起来以后维护着一个字典库,用户可以向里面添加词语,也可以查询或删除词语。
当然,这个程序只能在同一台主机上运行。程序整个运行过程中,只需要完成如下几个步骤:
A、接受用户输入;
B、分析用户输入决定是否进行下面的步骤:
1、初始化数据库;
2、向数据库添加词语;
3、查询或删除词语
任务分解
大家可以想到,对于一个大型系统,比如需要有很多人维护这个系统的数据。象上面这样独立的程序就不适用了,需要做成分布式系统:
即一个服务器维护着数据库,任何客户端都可以接受用户请求,客户端分析用户命令后提交给服务器去处理。
所以我们可能会把程序分成两部分:
客户端:接受用户输入,并判断用户输入内容的正确性,向服务器提交数据,等服务器返回消息
服务器端:维护数据,接受客户端命令并执行后返回结果。
所以我们把上面这个程序分解成下面两部分:
/* dict1.c – main, nextin */ |
include <stdio.h>
include <stdlib.h>
define MAXWORD 50 /* maximum length of a command or word */
/* ——————————————————————
* main – insert, delete, or lookup words in a dictionary as specified
* —————————————————————— */
int main(int argc, char *argv[])
{
char word[MAXWORD + 1]; /* space to hold word from input line */
char cmd;
int wordlen; /* length of input word */
printf(“Please input:\n”);
while (1) {
wordlen = nextin(&cmd, word);
if (wordlen < 0) {
exit(0);
}
switch (cmd) {
case ‘I’: /* 初始化 */
initw();
printf(“Dictionary initialized to empty.\n”);
break;
case ‘i’: /* 插入 */
insertw(word);
printf(“%s inserted.\n”, word);
break;
case ‘d’: /* 删除 */
if (deletew(word)) {
printf(“%s deleted.\n”, word);
} else {
printf(“%s not found.\n”, word);
}
break;
case ‘l’: /* 查询 */
if (lookupw(word)) {
printf(“%s was found.\n”, word);
} else {
printf(“%s was not found.\n”, word);
}
break;
case ‘q’: /* 退出 */
printf(“Program quits.\n”);
exit(0);
break;
default: /* 非法输入 */
printf(“command %c invalid.\n”, cmd);
break;
} /* end of switch */
} /* end of while */
return 0;
} /* end of main */
/* ——————————————————————
* nextin – read a command and(possibly) a word from the next input line
* —————————————————————— */
int nextin(char *cmd, char *word)
{
int i, ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
*cmd = (char) ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
if (ch == ‘\n’) {
return (0);
}
i = 0;
while (!isspace(ch)) {
if (++i > MAXWORD) {
printf(“error: word too long.\n”);
exit(1);
}
*word++ = ch;
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
*word = ‘\0’;
return i;
} /* end of nextin */
和
/* dict2.c – initw, insertw, deletew, lookupw */ |
include <string.h>
define MAXWORD 50 /* maximum length of a command or word */
define DICTSIZ 100 /* maximum number of entries in dictionary. */
char dict[DICTSIZ][MAXWORD + 1]; /* storage for a dictionary of words */
int nwords = 0; /* number of words in the dictionary */
/* ——————————————————————
* initw – initialize the dictionary to contain no words at all
* —————————————————————— */
int initw(void)
{
nwords = 0;
return 1;
} /* end of initw */
/* ——————————————————————
* insertw – insert a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int insertw(const char *word)
{
strcpy(dict[nwords], word);
nwords++;
return (nwords);
} /* end of insertw */
/* ——————————————————————
* deletew – delete a word from the dictionary
* —————————————————————— */
int deletew(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
nwords–;
strcpy(dict[i], dict[nwords]);
return (1);
}
} /* end of for */
return (0);
} /* end of deletew */
/* ——————————————————————
* lookupw – look up a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int lookupw(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
return (1);
}
} /* end of for */
return (0);
} /* end of lookupw */
这两部分代码只是在功能上实现了分离,显然实现通讯的部分还没有,下面我们利用RPC来快速实现通讯。
利用RPC实现分布式系统
首先,建立一个RPC源文件,源代码rdict.x如下:
/* rdict.x */ /* RPC declarations for dictionary program */ const MAXWORD = 10; /* maximum length of a command or word */ const DICTSIZ = 3; /* number of entries in dictionary */ struct example /* unused structure declared here to */ { int exfield1; /* illustrate how rpcgen builds XDR */ char exfield2; /* routines to convert structures */ }; /* —————————————————————— * RDICTPROG – remote program that provides insert, delete, and lookup * —————————————————————— */ program RDICTPROG /* name of remote program ( not used ) */ { version RDICTVERS /* declaration of version ( see below ) */ { int INITW ( void ) = 1; /* first procedure in this program */ int INSERTW ( string ) = 2; /* second procedure in this program */ int DELETEW ( string ) = 3; /* third procedure in this program */ int LOOKUPW ( string ) = 4; /* fourth procedure in this program */ } = 1; /* definition of the program version */ } = 0x30090949; /* remote program number ( must be unique ) */ |
rpcgen -Ss -o rdict_srv_func.c rdict.x |
rpcgen -Sc -o rdict_client.c rdict.x |
*filename: 我是这样学习Linux下C语言编程的-利用RPC快速实现分布式系统
*purpose: 说明如何利用RPC快速进行客户端-服务器端C-S结构编程
*wrote by: zhoulifa([email protected]) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-02-27 19:20
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:
* Ubuntu 本程序在Ubuntu 6.10系统上测试完全正常
* Google.com 我通过google搜索并参考了RPC编程相关的许多文章
* 网络安全焦点(www.xfocus.net) 我主要借鉴了此文 http://www.xfocus.net/articles/200009/10.html
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快!感谢有开源前辈的贡献!
***********************************************************/
然后用下列命令产生Makefile:
rpcgen -Sm rdict.x > Makefile |
# This is a template Makefile generated by rpcgen |
Parameters
CLIENT = rdict_client
SERVER = rdict_server
SOURCES_CLNT.c =
SOURCES_CLNT.h =
SOURCES_SVC.c =
SOURCES_SVC.h =
SOURCES.x = rdict.x
TARGETS_SVC.c = rdict_svc.c rdict_xdr.c
TARGETS_CLNT.c = rdict_clnt.c rdict_xdr.c
TARGETS = rdict.h rdict_xdr.c rdict_clnt.c rdict_svc.c
OBJECTS_CLNT =
(TARGETS_CLNT.c:%.c=%.o)
OBJECTS_SVC =
(TARGETS_SVC.c:%.c=%.o)
Compiler flags
CFLAGS += -g
LDLIBS += -lnsl
RPCGENFLAGS =
Targets
all :
(SERVER)
(SOURCES.x)
rpcgen
(SOURCES.x)
(SOURCES_CLNT.c)
(TARGETS_CLNT.c)
(SOURCES_SVC.c)
(TARGETS_SVC.c)
(OBJECTS_CLNT)
(CLIENT)
(LDLIBS)
(OBJECTS_SVC)
(SERVER)
(LDLIBS)
clean:
(TARGETS)
(OBJECTS_SVC)
(SERVER)
动手修改Makefile,修改后内容如下:
# This is a template Makefile generated by rpcgen |
Parameters
CLIENT = rdict_client
SERVER = rdict_server
SOURCES_CLNT.c =
SOURCES_CLNT.h =
SOURCES_SVC.c =
SOURCES_SVC.h =
SOURCES.x = rdict.x
TARGETS_SVC.c = rdict_svc.c rdict_xdr.c rdict_srv_func.c
TARGETS_CLNT.c = rdict_clnt.c rdict_xdr.c rdict_client.c
TARGETS = rdict.h rdict_xdr.c rdict_clnt.c rdict_svc.c
OBJECTS_CLNT =
(TARGETS_CLNT.c:%.c=%.o)
OBJECTS_SVC =
(TARGETS_SVC.c:%.c=%.o)
Compiler flags
CFLAGS += -g
LDLIBS += -lnsl
RPCGENFLAGS =
Targets
all :
(SERVER)
(SOURCES.x)
rpcgen
(SOURCES.x)
(SOURCES_CLNT.c)
(TARGETS_CLNT.c)
(SOURCES_SVC.c)
(TARGETS_SVC.c)
(OBJECTS_CLNT)
(CLIENT)
(LDLIBS)
(OBJECTS_SVC)
(SERVER)
(LDLIBS)
clean:
(TARGETS)
(OBJECTS_SVC)
(SERVER) *~
修改客户端源代码rdict_client.c,把接受用户输入并分析用户输入内容的部分加到程序中来。修改后的代码为:
/* * This is sample code generated by rpcgen. * These are only templates and you can use them * as a guideline for developing your own functions. */ |
include “rdict.h”
/* ——————————————————————
* nextin – read a command and(possibly) a word from the next input line
* —————————————————————— */
int nextin(char *cmd, char *word)
{
int i, ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
*cmd = (char) ch;
ch = getc(stdin);
while (isspace(ch)) {
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
if (ch == EOF) {
return (-1);
}
if (ch == ‘\n’) {
return (0);
}
i = 0;
while (!isspace(ch)) {
if (++i > MAXWORD) {
printf(“error: word too long.\n”);
exit(1);
}
*word++ = ch;
ch = getc(stdin);
} /* end of while */
*word = ‘\0’;
return i;
} /* end of nextin */
void rdictprog_1(char *host)
{
CLIENT *clnt;
int *result_1;
char *initw_1_arg;
int *result_2;
char *insertw_1_arg;
int *result_3;
char *deletew_1_arg;
int *result_4;
char *lookupw_1_arg;
ifndef DEBUG
clnt = clnt_create(host, RDICTPROG, RDICTVERS, “udp”);
if (clnt == NULL) {
clnt_pcreateerror(host);
exit(1);
}
endif /* DEBUG */
char word[MAXWORD + 1]; /* space to hold word from input line */
char cmd;
int wordlen; /* length of input word */
while (1) {
printf(“\nPlease input:”);
wordlen = nextin(&cmd, word);
if (wordlen < 0) {
exit(0);
}
/* printf(“\nYour cmd is:%c, your word is:%s\n”, cmd, word); */
switch (cmd) {
case ‘I’: /* 初始化 */
result_1 = initw_1((void *) &initw_1_arg, clnt);
/* printf(“\nYour result is:%d\n”, result_1); /
if (result_1 == (int *) NULL)
clnt_perror(clnt, “call failed”);
else
if(*result_1 ==0) printf(“Dictionary initialized to empty.\n”);
else printf(“Dictionary have already initialized.\n”);
break;
case ‘i’: /* 插入 */
insertw_1_arg = word;
result_2 = insertw_1(&insertw_1_arg, clnt);
/* printf(“\nYour result is:%d, your string is:%s(%d)\n”, result_2, insertw_1_arg, strlen(insertw_1_arg)); /
if (result_2 == (int *) NULL)
clnt_perror(clnt, “call failed”);
else
printf(“%s inserted.\n”, word);
break;
case ‘d’: /* 删除 */
deletew_1_arg = word;
result_3 = deletew_1(&deletew_1_arg, clnt);
/* printf(“\nYour result is:%d, your string is:%s(%d)\n”, result_3, deletew_1_arg, strlen(deletew_1_arg)); /
if (result_3 == (int *) NULL)
clnt_perror(clnt, “call failed”);
else
printf(“%s deleted.\n”, word);
break;
case ‘l’: /* 查询 */
lookupw_1_arg = word;
result_4 = lookupw_1(&lookupw_1_arg, clnt);
/* printf(“\nYour result is:%d, your string is:%s(%d)\n”, result_4, lookupw_1_arg, strlen(lookupw_1_arg)); /
if (result_4 == (int *) NULL)
clnt_perror(clnt, “call failed”);
else
if(*result_4 ==0) printf(“%s found.\n”, word);
else printf(“%s not found.\n”, word);
break;
case ‘q’: /* 退出 */
printf(“Program quits.\n”);
exit(0);
break;
default: /* 非法输入 */
printf(“Command %c(%s) invalid.\n”, cmd, word);
break;
} /* end of switch */
} /* end of while */
ifndef DEBUG
clnt_destroy(clnt);
endif /* DEBUG */
}
int main(int argc, char *argv[])
{
char *host;
if (argc < 2) {
printf(“usage: %s server_host\n”, argv[0]);
exit(1);
}
host = argv[1];
rdictprog_1(host);
exit(0);
}
同时修改服务器端代码rdict_srv_func.c,修改后内容为:
/* * This is sample code generated by rpcgen. * These are only templates and you can use them * as a guideline for developing your own functions. */ |
include “rdict.h”
char dict[DICTSIZ][MAXWORD + 1]; /* storage for a dictionary of words */
int nwords = 0; /* number of words in the dictionary */
char init_bool = 0;
int initw(void)
{
if(init_bool) return 1;
nwords = 0;
init_bool = 1;
return 0;
} /* end of initw */
/* ——————————————————————
* insertw – insert a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int insertw(const char *word)
{
strcpy(dict[nwords%DICTSIZ], word);
nwords++;
return (nwords);
} /* end of insertw */
/* ——————————————————————
* deletew – delete a word from the dictionary
* —————————————————————— */
int deletew(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
nwords–;
strcpy(dict[i], dict[nwords]);
return (1);
}
} /* end of for */
return (0);
} /* end of deletew */
/* ——————————————————————
* lookupw – look up a word in the dictionary
* —————————————————————— */
int lookupw(const char *word)
{
int i;
for (i = 0; i < nwords; i++) {
if (strcmp(word, dict[i]) == 0) {
return 0;
}
} /* end of for */
return 1;
} /* end of lookupw */
int *initw_1_svc(void *argp, struct svc_req *rqstp)
{
static int result;
/*
* insert server code here
*/
result = initw();
return &result;
}
int *insertw_1_svc(char **argp, struct svc_req *rqstp)
{
static int result;
/*
* insert server code here
*/
result = insertw(*argp);
return &result;
}
int *deletew_1_svc(char **argp, struct svc_req *rqstp)
{
static int result;
/*
* insert server code here
*/
result = deletew(*argp);
return &result;
}
int *lookupw_1_svc(char **argp, struct svc_req *rqstp)
{
static int result;
/*
* insert server code here
*/
result = lookupw(*argp);
return &result;
}
至此,程序做好了。输入一个make命令就可以生成test_server和test_client这两个可执行程序了。
在一台机器上运行./test_server程序,在另外的客户机上运行./test_client server_ip就可以了。这里server_ip是运行着test_server程序的主机的IP地址。