CN117041317B - 一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，涉及计算机网络技术领域，包括以下步骤：预先计算理论上服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m；根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m。本发明避免了TCP客户端多连而导致数据发送不稳定，以及数据阻塞以及传输超时的问题，通过根据TCP客户端可同时最大连接的数量，动态调整存储器的数量，并将连接的TCP客户端的信息存储在不同的存储器上，有利于检测TCP客户端连接的数量以及TCP客户端的连接状态信息，实现数据发送的稳定；将异常TCP客户端关闭，释放所占资源，增强了系统的稳定性。

Description

一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，具体来说，涉及一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法。

背景技术

开源的嵌入式实时操作系统(FreeRealTimeOperatingSystem，FreeRTOS)作为一个轻量级的操作系统，它具有的功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，采用FreeRTOS可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。

目前，随着计算机技术的不断发展，现今的网络应用已经成为了我们不可或缺的一部分。TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，它可以确保一个应用程序与另一个应用程序之间的安全数据传输。在网络应用中，TCP服务端支持多个客户连接，而对周期性大批量“浪涌”数据进行实时传输时，极易在数据发送端或接收端造成严重堵塞，在堵塞情况下，大量TCP连接可能陷入超时重传状态，影响应用的整体通信性能力。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，包括以下步骤：

步骤S1，预先根据网络带宽容量、每个TCP客户端的传输速率、每个TCP客户端所需要的内存，计算理论上服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m；

步骤S2，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，表示为：{A1,A2....An}，并判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，其中，包括以下步骤：

若当前TCP客户端连接的数量等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，则将存储器A1内容中TCP状态信息标志为未连接状态,并进入步骤S5；

若当前TCP客户端连接的数量小于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，进入步骤S3；

步骤S3，根据TCP客户端连接的顺序按照排序算法，将TCP客户端信息，存储到存储器{A1,A2.....An}中；

步骤S4，检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，将没有信息传输的TCP客户端对应的存储器中TCP连接状态标志为未连接状态；

步骤S5，查询所有存储器中TCP客户端的连接状态，将标志为未连接状态的TCP客户端关闭，并将对应的存储器的内容清空。

其中，步骤所述计算理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，表示为：其中，C代表网络带宽容量，X代表单个TCP客户端数据传输的速率，S代表FreeRTOS提供TCP客户端传输的总内存大小，Y代表运行单个TCP客户端所占用的内存大小，m代表服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量。

其中，步骤所述将存储器A1内容中TCP状态信息标志为未连接状态,包括以下步骤：

获取存储器A1 中TCP客户端信息，并将TCP连接状态标志为未连接状态。

其中，步骤所述排序算法，包括以下步骤：

步骤S301，检测存储器An中是否含有TCP客户端的信息，其中，包括以下步骤：

若存储器An中不存在TCP客户端信息，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An；否则按照顺序依次查询存储器{A1,A2,...An-1}中是否有TCP客户端信息；

若查询到存储器Ax中含有TCP客户端信息，其中，1<x≤n，将存储器{Ax，Ax+1，Ax+2，....An}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ax-1，Ax，Ax+1，...An-1}中；

步骤S302，将存储器An的数据清零;

步骤S303，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An。

其中，所述TCP客户端信息，包括：SOCKET端口号、IP地址、TCP连接状态。

其中，步骤所述检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，包括以下步骤：

TCP客户端开启检测模块，并在TCP客户端连接后预设时间内向服务端发送字节数据；

若当前服务端在预设时间内未能收到TCP客户端发送的字节数据，则当前TCP客户端处于断开连接；

进行根据TCP客户端的端口号确定存储该TCP客户端所在的存储器，并将存储器中TCP客户端连接状态标记为未连接状态。

其中，步骤S5，所述将对应的存储器的内容清空，包括以下步骤：

进行对当前清空后的存储器进行重新排序。

其中，步骤所述对当前清空后的存储器进行重新排序，包括以下步骤：

步骤S501，若检测到存储器Ay中TCP客户端的连接状态为未连接状态，将存储器Ay中数据清空；

步骤S502，将存储器{Ay-1，Ay-2，...A1}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ay，Ay-1，...A2}中；

步骤S503，将存储器A1中数据清空；

步骤S504，从存储器Ay开始向后按照顺序检测存储器中TCP客户端的连接状态，重复步骤S501~ S504直至所有的存储器检测完毕。

本发明的有益效果：

本发明基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，通过预先根据网络带宽容量、每个TCP客户端的传输速率、每个TCP客户端所需要的内存，计算理论上服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，再根据TCP客户端连接的顺序按照排序算法，将TCP客户端信息，存储到存储器中，并检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，再查询所有存储器中TCP客户端的连接状态，将标志为未连接状态的TCP客户端关闭，并将对应的存储器的内容清空，避免了TCP客户端多连而导致数据发送不稳定，以及数据阻塞以及传输超时的问题，同时，通过根据TCP客户端可同时最大连接的数量，动态调整存储器的数量，并将连接的TCP客户端的信息存储在不同的存储器上，有利于检测TCP客户端连接的数量以及TCP客户端的连接状态信息，实现数据发送的稳定；此外，通过检测TCP客户端和服务端数据传输的稳定性，进行判断当前TCP客户端是否正常工作，将异常TCP客户端关闭，释放所占资源，增强了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法。

如图1所示，根据本发明实施例的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据网络带宽容量、每个TCP客户端的传输速率、每个TCP客户端所需要的内存，计算理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m；

其中，计算理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，表示为：其中，C代表网络带宽容量，X代表单个TCP客户端数据传输的速率，S代表FreeRTOS提供TCP客户端传输的总内存大小，Y代表运行单个TCP客户端所占用的内存大小，m代表服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量。

借助于上述方案，通过算理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，避免了客户端多连而导致数据发送不稳定，以及数据阻塞的问题。

另外，本技术方案，以知网络带宽为1000Mbps，单个TCP客户端数据传输最大速率为100Mbps/s，FreeRTOS提供TCP客户端传输的总内存大小1M，单个TCP客户端所占用的内存大小为50KB，则最大可以同时连接TCP客户端的数量m = Min（1000Mbps/100Mbps，1024KB/50KB）=10。

步骤S2，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，表示为：{A1,A2....An}，并判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m；其中，若大于，则先将A1存储器内容中TCP状态信息标志为未连接状态然后直接进入步骤S5；

其中，将存储器A1内容中TCP状态信息标志为未连接状态,包括以下步骤：获取存储器A1 中TCP客户端信息，并将TCP连接状态标志为未连接状态。

本技术方案，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m，设置存储器的数量n，要求存储器的数量必须要小于等于服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m。

已知在本实施案例中m=10，设置存储器的数量n=m=10，则存储器，表示为：{A1,A2....A10}；当存在TCP客户端连接时，判断当前TCP客户端连接的数量是否等于最大可以同时连接TCP客户端的数量，具体如下：

检测存储器A1中的内容，若存储器A1中含有TCP客户端信息，说明此时TCP客户端连接的数量等于最大可以同时连接TCP客户端的数量，此时应该关闭一个TCP客户端，否则等下一个客户端连接时，TCP客户端连接的数量将大于服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量，接着将存储器A1中TCP连接状态信息标志为未连接状态并立刻跳转到S5步骤。

步骤S3，根据TCP客户端连接的顺序按照排序算法，将TCP客户端的SOCKET端口号、IP地址、TCP连接状态信息，存储到存储器{A1,A2.....An}中；

另外，步骤所述排序算法，包括以下步骤：

步骤S301，检测存储器An中是否含有TCP客户端的信息，其中，包括以下步骤：

若存储器An中不存在TCP客户端信息，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An；否则按照顺序依次查询存储器{A1,A2,...An-1}中是否有TCP客户端信息；

若查询到存储器Ax中含有TCP客户端信息，其中，1<x≤n，将存储器{Ax，Ax+1，Ax+2，....An}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ax-1，Ax，Ax+1，...An-1}中；

步骤S302，将存储器An的数据清零;

步骤S303，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An。

本技术方案，以知存储器名称为{A1,A2....A10}，检测存储器A10中是否存在有TCP客户端的信息，若存储器A10中不存在TCP客户端信息，说明当前只存在一个TCP客户端，将新连接的TCP客户端的SOCKET端口号、IP地址、TCP连接状态信息存储到存储器A10中；否则按照顺序依次查询存储器{ A1,A2,...A9}中是否有TCP客户端信息，若查询到存储器A7中含有TCP客户端信息，将不在向后查询，并将存储器A7中的数据赋值到存储器A6，将存储器A8中的数据赋值到存储器A7，将存储器A9中的数据赋值到存储器A8，以此类推最终将存储器A10中的数据赋值到存储器A9；接着将存储器A10的数据清零；然后将新连接的TCP客户端的SOCKET端口号、IP地址、TCP连接状态等信息存储到存储器A10中。

步骤S4，检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，将没有信息传输的TCP客户端对应的存储器中TCP连接状态标志为未连接；

本技术方案，TCP客户端开启检测模块，检测TCP客户端是否正常工作，若TCP客户端异常，则进入步骤S5，否则一直在步骤S4中循环；

另外，具体检测方式，具体如下：

TCP客户端连接后每隔一秒钟向服务端发送一个字节数据，服务端在客户端连接上之后开始计时模式，若服务端在10秒内未能收到TCP客户端的数据，说明TCP客户端已经断开连接，根据TCP的端口号确定存储该TCP客户端所在的存储器，将存储器中TCP客户端连接状态标记为未连接状态；

此外，该检测模块可以通过UDP的方式连接，获取TCP客户端的信息；在本实施案例中UDP的IP设置成192.168.0.58，端口号设置成7000，通过UDP向服务端发送字符“TCPserver”来返回TCP客户端的各种信息，包括TCP连接状态，SOCKET端口号，对应的存储器序号，TCP连接的总次数，当前TCP连接个数等。

步骤S5，查询所有存储器中TCP客户端的连接状态，将标志为未连接的TCP进行关闭，并将对应的存储器的内容清空。

其中，查询存储器中TCP客户端连接状态，将TCP客户端连接状态为未连接的TCP客户端进行关闭，释放其所占的资源，再将存储器进行重新排序；

步骤所述对当前清空后的存储器进行重新排序，包括以下步骤：

步骤S501，若检测到存储器Ay中TCP客户端的连接状态为未连接状态，将存储器Ay中数据清空；

步骤S502，将存储器{Ay-1，Ay-2，...A1}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ay，Ay-1，...A2}中；

步骤S503，将存储器A1中数据清空；

步骤S504，从存储器Ay开始向后按照顺序检测存储器中TCP客户端的连接状态，重复步骤S501~ S504直至所有的存储器检测完毕。

此外，需要特别说明的时，本技术方案中，若当前TCP客户端连接的数量n已经等于理论上最大支持连接客户端的数量m，将第一个TCP客户端进行关闭，确保了连接的客户端都能正常的通信。

本技术方案，若存储器A5和存储器A8中TCP客户端连接状态为未连接状态，通过遍历查询的方式，从存储器A1开始查询，查询到存储器A5时，发现存储器A5中TCP客户端连接状态为未连接状态，即将存储器A5内容清零，接着将对应的TCP客户端进行关闭，然后在将存储器A4，A3，...A1中的数据按照顺序依次赋值到存储器A5，A4，...A2中，最后将存储器A1的值清零；接着从存储器A6开始查询，查询到存储器A8时，发现存储器A8中TCP客户端连接状态为未连接状态，即将存储器A8内容清零，接着将对应的TCP客户端进行关闭，然后在将存储器A7，A6，...A1中的数据按照顺序依次赋值到存储器A8，A6，...A2中，最后将存储器A1的值清零；接着从存储器A9开始查询，一直查询到存储器A10。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，通过预先根据网络带宽容量、每个TCP客户端的传输速率、每个TCP客户端所需要的内存，计算理论上服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，再根据TCP客户端连接的顺序按照排序算法，将TCP客户端信息，存储到存储器中，并检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，再查询所有存储器中TCP客户端的连接状态，将标志为未连接状态的TCP客户端关闭，并将对应的存储器的内容清空，避免了TCP客户端多连而导致数据发送不稳定，以及数据阻塞以及传输超时的问题，同时，通过根据TCP客户端可同时最大连接的数量，动态调整存储器的数量，并将连接的TCP客户端的信息存储在不同的存储器上，有利于检测TCP客户端连接的数量以及TCP客户端的连接状态信息，实现数据发送的稳定；此外，通过检测TCP客户端和服务端数据传输的稳定性，进行判断当前TCP客户端是否正常工作，将异常TCP客户端关闭，释放所占资源，增强了系统的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，预先根据网络带宽容量、每个TCP客户端的传输速率、每个TCP客户端所需要的内存，计算理论上服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m；

步骤S2，根据服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量m来设置存储器的数量n，表示为：{A1,A2....An}，并判断当前TCP客户端连接的数量是否等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，其中，包括以下步骤：

若当前TCP客户端连接的数量等于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，则将存储器A1内容中TCP状态信息标志为未连接状态,并进入步骤S5；

若当前TCP客户端连接的数量小于理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，进入步骤S3；

步骤S3，根据TCP客户端连接的顺序按照排序算法，将TCP客户端信息，存储到存储器{A1,A2.....An}中；

步骤S4，检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，将没有信息传输的TCP客户端对应的存储器中TCP连接状态标志为未连接状态；

步骤S5，查询所有存储器中TCP客户端的连接状态，将标志为未连接状态的TCP客户端关闭，并将对应的存储器的内容清空。

2.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤所述计算理论上最大可以同时连接TCP客户端的数量m，表示为：

其中，C代表网络带宽容量，X代表单个TCP客户端数据传输的速率，S代表FreeRTOS提供TCP客户端传输的总内存大小，Y代表运行单个TCP客户端所占用的内存大小，m代表服务端最大可以同时连接TCP客户端的数量。

3.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤所述将存储器A1内容中TCP状态信息标志为未连接状态,包括以下步骤：获取存储器A1 中TCP客户端信息，并将TCP连接状态标志为未连接状态。

4.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤所述排序算法，包括以下步骤：

步骤S301，检测存储器An中是否含有TCP客户端的信息，其中，包括以下步骤：

若存储器An中不存在TCP客户端信息，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An；否则按照顺序依次查询存储器{A1,A2,...An-1}中是否有TCP客户端信息；

若查询到存储器Ax中含有TCP客户端信息，其中，1<x≤n，将存储器{Ax，Ax+1，Ax+2，....An}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ax-1，Ax，Ax+1，...An-1}中；

步骤S302，将存储器An的数据清零;

步骤S303，将新连接的TCP客户端信息存储到存储器An。

5.根据权利要求4所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，所述TCP客户端信息，包括：SOCKET端口号、IP地址、TCP连接状态。

6.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤所述检测TCP客户端是否和服务端进行数据传输，包括以下步骤：

TCP客户端开启检测模块，并在TCP客户端连接后预设时间内向服务端发送字节数据；

若当前服务端在预设时间内未能收到TCP客户端发送的字节数据，则当前TCP客户端处于断开连接；

进行根据TCP客户端的端口号确定存储该TCP客户端所在的存储器，并将存储器中TCP客户端连接状态标记为未连接状态。

7.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤S5，所述将对应的存储器的内容清空，包括以下步骤：

进行对当前清空后的存储器进行重新排序。

8.根据权利要求7所述的基于FreeRTOS管理TCP多客户端之间连接的方法，其特征在于，步骤所述对当前清空后的存储器进行重新排序，包括以下步骤：

步骤S501，若检测到存储器Ay中TCP客户端的连接状态为未连接状态，将存储器Ay中数据清空；

步骤S502，将存储器{Ay-1，Ay-2，...A1}中的数据按照顺序依次赋值到存储器{Ay，Ay-1，...A2}中；

步骤S503，将存储器A1中数据清空；

步骤S504，从存储器Ay开始向后按照顺序检测存储器中TCP客户端的连接状态，重复步骤S501~ S504直至所有的存储器检测完毕，若当前TCP客户端连接的数量n已经等于理论上最大支持连接客户端的数量m，将第一个TCP客户端进行关闭，确保了连接的客户端都能正常的通信。