Linux應用軟件編程---網絡編程（TCP并發服務器構建：[ 多進程、多線程、select ]）

TCP并發服務器構建

一、服務器

? ??單循環服務器：服務端同一時刻只能處理一個客戶端的任務（TCP）
并發服務器：服務端同一時刻可以處理多個客戶端的任務（UDP）

二、TCP服務端并發模型

1、多進程

? ? ?進程資源開銷大，安全性高。

? ? ?以下是一個實現多進程TCP服務端代碼：

#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、多線程

? ? ?線程相對與進程資源開銷小，相同資源環境下，并發量比進程大。

? ? ?以下是一個實現多線程TCP服務端代碼：

#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;}//允許綁定處于TIME_WAIT狀態的地址，避免端口占用問題：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、線程池

? ? ?為了解決多線程或者多進程模型，在服務器運行過程，頻繁創建和銷毀線程（進程）帶來的時間消耗問題。
基于生產者和消費者編程模型，以及任務隊列等，實現的一套多線程框架。

4. ?IO多路復用

? ? 1）概念

? ? ?對多個文件描述符的讀寫可以復用一個進程。
在不創建新的進程和線程的前提下，使用一個進程實現對多個文件讀寫的同時監測。
阻塞IO模式：

? ? 2）方式

? ? ? ? 實現方式有 select、poll、epoll 三種。

5、select 實現IO多路復用

? ? 1）實現步驟

? ??（1）創建文件描述符集合? ? ?fd_set
（2）添加關注的文件描述符到集合? ? ?FD_SET
（3）使用 select 傳遞集合表給內核，內核開始監測事件? ? select()
（4）當內核監測到事件時，應用層select將解除阻塞，并獲得相關的事件結果
（5）根據 select 返回的結果做不同的任務處理

? ? 2）select 的宏

????????將集合清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);
從集合中移除文件描述符：void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
檢查文件描述符是否在集合中：int ?FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

? ? 3）select() 函數接口

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

功能：傳遞文件描述符結合表給內核并等待獲取事件結果
參數：
nfds ：關注的最大文件描述符+1
readfds：讀事件的文件描述符集合
writefds：寫事件的文件描述符集合
exceptfds：其他事件的文件描述符集合
timeout：設置select監測時的超時時間
若為NULL ：不設置超時時間（select一直阻塞等待）

返回值：
成功：返回內核監測的到達事件的個數
失敗：-1
0 ：超時時間到達，但沒有事件發生，則返回0

? ? 4）應用示例

? ? ? ? （1）通過select函數構建多路復用，實現管道和終端的讀

????????管道向服務端寫的代碼：

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;
}

? ? ? ? 讀的代碼：

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、創建文件描述符集合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、添加關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、傳遞集合表給內核并等待返回到達事件的結果int cnt = select(maxfd+1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if(cnt < 0){perror("select error");return -1;}if(FD_ISSET(0, &rdfdstmp))//檢查文件描述符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實現TCP服務端IO多路復用代碼

#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. 創建文件描述符集合fd_set rdfds;fd_set rdfdstmp;FD_ZERO(&rdfds);//2. 添加關注的文件描述符到集合FD_SET(sockfd, &rdfds);int maxfd = sockfd;while (1){rdfdstmp = rdfds;//3. 傳遞集合到內核，并等待返回監測結果int cnt = select(maxfd+1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if (cnt < 0){perror("select error");return -1;}//4. 是否有監聽套接字事件到達 ----》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. 是否有通訊套接字事件到達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】