Linux应用软件编程---网络编程（TCP并发服务器构建：[ 多进程、多线程、select ]）

TCP并发服务器构建

一、服务器

    单循环服务器：服务端同一时刻只能处理一个客户端的任务（TCP）
并发服务器：服务端同一时刻可以处理多个客户端的任务（UDP）

二、TCP服务端并发模型

1、多进程

     进程资源开销大，安全性高。

     以下是一个实现多进程TCP服务端代码：

#define SER_PORT 62300
#define SER_IP "192.168.0.165"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return 0;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SER_PORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){printf("bind error");return -1;}int cnt = listen(sockfd, 100);if(cnt < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void wait_handler(int signo)
{wait(NULL);
}int main(int argc, char *argv[])
{signal(SIGCHLD, wait_handler);struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){perror("init_tcp_ser error");return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); if(connfd < 0){perror("accept error");return -1;}pid_t pid = fork();if(pid > 0){}else if(pid == 0){char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t ret = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(ret < 0){perror("send error");return -1;}else if(ret == 0){printf("[%s : %d]: offline!\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));break;}printf("[%s : %d]: %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buff);strcat(buff, "----OK");ssize_t cnt = send(connfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");break;}}   close(connfd);}}close(sockfd);return 0;
}

2、多线程

     线程相对与进程资源开销小，相同资源环境下，并发量比进程大。

     以下是一个实现多线程TCP服务端代码：

#include "head.h"#define SER_PORT 62300
#define SER_IP "192.168.0.165"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return 0;}//允许绑定处于TIME_WAIT状态的地址，避免端口占用问题：int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SER_PORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){printf("bind error");return -1;}int cnt = listen(sockfd, 100);if(cnt < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void *task(void *sug)
{int connfd = *(int *)sug;char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t ret = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(ret < 0){perror("send error");break;}else if(ret == 0){printf("[%s : %d]: offline!\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));break;}printf("[%s : %d]: %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buff);strcat(buff, "----OK");ssize_t cnt = send(connfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");break;}}   close(connfd);
}int main(int argc, char *argv[])
{struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){perror("init_tcp_ser error");return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); if(connfd < 0){perror("accept error");return -1;}pthread_t tid;int fd = pthread_create(&tid, NULL, task, &connfd);if(fd < 0){perror("thread create error");return -1;}  pthread_detach(tid);}close(sockfd);return 0;
}

3、线程池

     为了解决多线程或者多进程模型，在服务器运行过程，频繁创建和销毁线程（进程）带来的时间消耗问题。
基于生产者和消费者编程模型，以及任务队列等，实现的一套多线程框架。

4.  IO多路复用

    1）概念

     对多个文件描述符的读写可以复用一个进程。
在不创建新的进程和线程的前提下，使用一个进程实现对多个文件读写的同时监测。
阻塞IO模式：

    2）方式

        实现方式有 select、poll、epoll 三种。

5、select 实现IO多路复用

    1）实现步骤

    （1）创建文件描述符集合     fd_set
（2）添加关注的文件描述符到集合     FD_SET
（3）使用 select 传递集合表给内核，内核开始监测事件    select()
（4）当内核监测到事件时，应用层select将解除阻塞，并获得相关的事件结果
（5）根据 select 返回的结果做不同的任务处理

    2）select 的宏

        将集合清0：void FD_ZERO(fd_set *set);
向集合中添加文件描述符：void FD_SET(int fd, fd_set *set);
从集合中移除文件描述符：void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
检查文件描述符是否在集合中：int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

    3）select() 函数接口

 int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能：传递文件描述符结合表给内核并等待获取事件结果
参数：
nfds ： 关注的最大文件描述符+1
readfds：读事件的文件描述符集合
writefds：写事件的文件描述符集合
exceptfds：其他事件的文件描述符集合
timeout：设置select监测时的超时时间
若为NULL ： 不设置超时时间（select一直阻塞等待）

返回值：
成功：返回内核监测的到达事件的个数
失败：-1
0 ： 超时时间到达，但没有事件发生，则返回0

    4）应用示例

        （1）通过select函数构建多路复用，实现管道和终端的读

        管道向服务端写的代码：

int main(void)
{mkfifo("./myfifo", 0664);int fd = open("./myfifo", O_WRONLY);if(fd < 0){perror("open error");return -1;}while(1){write(fd, "hello world", 11);sleep(1);}close(fd);return 0;
}

        读的代码：

int main(void)
{char buff[1024] = {0};mkfifo("./myfifo", 0664);int fifofd = open("./myfifo", O_RDONLY);if(fifofd < 0){perror("open error");return -1;}//1、创建文件描述符集合fd_set rdfds;fd_set rdfdstmp;//2、清空文件描述符集合表FD_ZERO(&rdfds);//初始化...集//3、添加关注的文件描述符到集合中FD_SET(0, &rdfds);//添加int maxfd = 0;FD_SET(fifofd, &rdfds);maxfd = maxfd > fifofd ? maxfd : fifofd;while(1){rdfdstmp = rdfds;//4、传递集合表给内核并等待返回到达事件的结果int cnt = select(maxfd+1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if(cnt < 0){perror("select error");return -1;}if(FD_ISSET(0, &rdfdstmp))//检查文件描述符0是否在集合中{fgets(buff, sizeof(buff), stdin);//0printf("STDIN: %s\n", buff);}if(FD_ISSET(fifofd, &rdfdstmp)){memset(buff, 0, sizeof(buff));read(fifofd, buff, sizeof(buff));printf("FIFO: %s\n", buff);}}close(fifofd);return 0;
}

        （2）使用select实现TCP服务端IO多路复用代码

#define SER_PORT  50000
#define SER_IP    "192.168.0.165"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SER_PORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (ret < 0){perror("bind error");return -1;}ret = listen(sockfd, 100);if (ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}int main(int argc, const char *argv[])
{char buff[1024] = {0};struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if (sockfd < 0){return -1;}//1. 创建文件描述符集合fd_set rdfds;fd_set rdfdstmp;FD_ZERO(&rdfds);//2. 添加关注的文件描述符到集合FD_SET(sockfd, &rdfds);int maxfd = sockfd;while (1){rdfdstmp = rdfds;//3. 传递集合到内核，并等待返回监测结果int cnt = select(maxfd+1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if (cnt < 0){perror("select error");return -1;}//4. 是否有监听套接字事件到达 ----》三次握手已完成，可以acceptif (FD_ISSET(sockfd, &rdfdstmp)){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (connfd < 0){perror("accept error");return -1;}FD_SET(connfd, &rdfds);maxfd = maxfd > connfd ? maxfd : connfd;}//5. 是否有通讯套接字事件到达for (int i = sockfd+1; i <= maxfd; i++){if (FD_ISSET(i, &rdfdstmp)){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t cnt = recv(i, buff, sizeof(buff), 0);if (cnt < 0){perror("recv error");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}else if (0 == cnt){FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}printf("%s\n", buff);strcat(buff, "--->ok");cnt = send(i, buff, strlen(buff), 0);if (cnt < 0){perror("send error");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}}}	}close(sockfd);return 0;
}

【END】

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