UNIX網絡編程——select函數的并發限制和 poll 函數應用舉例

http://blog.csdn.net/chenxun_2010/article/details/50489577

一、用select實現的并發服務器，能達到的并發數，受兩方面限制


? ? ? ?1、一個進程能打開的最大文件描述符限制。這可以通過調整內核參數。可以通過ulimit -n來調整或者使用setrlimit函數設置，?但一個系統所能打開的最大數也是有限的，跟內存大小有關，可以通過cat /proc/sys/fs/file-max?查看

? ? ? ?2、select中的fd_set集合容量的限制（FD_SETSIZE，一般為1024） ，這需要重新編譯內核。


可以寫個測試程序，只建立連接，看看最多能夠建立多少個連接，客戶端程序如下：

[cpp]?view plaincopy
  1. #include?<sys/types.h>??
  2. #include?<sys/socket.h>??
  3. #include?<netinet/in.h>??
  4. #include?<arpa/inet.h>??
  5. #include?<signal.h>??
  6. #include?<stdlib.h>??
  7. #include?<stdio.h>??
  8. #include?<errno.h>??
  9. #include?<string.h>??
  10. ??
  11. #define?ERR_EXIT(m)?\??
  12. ????????do?\??
  13. ????????{?\??
  14. ????????????????perror(m);?\??
  15. ????????????????exit(EXIT_FAILURE);?\??
  16. ????????}?while(0)??
  17. ??
  18. ??
  19. int?main(void)??
  20. {??
  21. ????int?count?=?0;??
  22. ????while(1)??
  23. ????{??
  24. ????????int?sock;??
  25. ????????if?((sock?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?IPPROTO_TCP))?<?0)??
  26. ????????{??
  27. ????????????sleep(4);??
  28. ????????????ERR_EXIT("socket");??
  29. ????????}??
  30. ??
  31. ????????struct?sockaddr_in?servaddr;??
  32. ????????memset(&servaddr,?0,?sizeof(servaddr));??
  33. ????????servaddr.sin_family?=?AF_INET;??
  34. ????????servaddr.sin_port?=?htons(5188);??
  35. ????????servaddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr("127.0.0.1");??
  36. ??
  37. ????????if?(connect(sock,?(struct?sockaddr?*)&servaddr,?sizeof(servaddr))?<?0)??
  38. ????????????ERR_EXIT("connect");??
  39. ??
  40. ????????struct?sockaddr_in?localaddr;??
  41. ????????socklen_t?addrlen?=?sizeof(localaddr);??
  42. ????????if?(getsockname(sock,?(struct?sockaddr?*)&localaddr,?&addrlen)?<?0)??
  43. ????????????ERR_EXIT("getsockname");??
  44. ??
  45. ????????printf("ip=%s?port=%d\n",?inet_ntoa(localaddr.sin_addr),?ntohs(localaddr.sin_port));??
  46. ????????printf("count?=?%d\n",?++count);??
  47. ??
  48. ????}??
  49. ??
  50. ????return?0;??
  51. }??
服務器的代碼serv.c

[cpp]?view plaincopy
  1. #include<stdio.h>??
  2. #include<sys/types.h>??
  3. #include<sys/socket.h>??
  4. #include<unistd.h>??
  5. #include<stdlib.h>??
  6. #include<errno.h>??
  7. #include<arpa/inet.h>??
  8. #include<netinet/in.h>??
  9. #include<string.h>??
  10. #include<signal.h>??
  11. #include<sys/wait.h>??
  12. ??
  13. ??
  14. ??
  15. #define?ERR_EXIT(m)?\??
  16. ????do?{?\??
  17. ????????perror(m);?\??
  18. ????????exit(EXIT_FAILURE);?\??
  19. ????}?while?(0)??
  20. ??
  21. ??
  22. int?main(void)??
  23. {??
  24. ??????
  25. ????signal(SIGPIPE,?SIG_IGN);??
  26. ????int?listenfd;?//被動套接字(文件描述符），即只可以accept,?監聽套接字??
  27. ????if?((listenfd?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?IPPROTO_TCP))?<?0)??
  28. //??listenfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0)????
  29. ????????ERR_EXIT("socket?error");??
  30. ??
  31. ????struct?sockaddr_in?servaddr;??
  32. ????memset(&servaddr,?0,?sizeof(servaddr));??
  33. ????servaddr.sin_family?=?AF_INET;??
  34. ????servaddr.sin_port?=?htons(5188);??
  35. ????servaddr.sin_addr.s_addr?=?htonl(INADDR_ANY);???
  36. ????/*?servaddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr("127.0.0.1");?*/??
  37. ????/*?inet_aton("127.0.0.1",?&servaddr.sin_addr);?*/??
  38. ??????
  39. ????int?on?=?1;??
  40. ????if?(setsockopt(listenfd,?SOL_SOCKET,?SO_REUSEADDR,?&on,?sizeof(on))?<?0)??
  41. ????????ERR_EXIT("setsockopt?error");??
  42. ??
  43. ????if?(bind(listenfd,?(struct?sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))?<?0)??
  44. ????????ERR_EXIT("bind?error");??
  45. ??
  46. ????if?(listen(listenfd,?SOMAXCONN)?<?0)?//listen應在socket和bind之后，而在accept之前??
  47. ????????ERR_EXIT("listen?error");??
  48. ??????
  49. ????struct?sockaddr_in?peeraddr;?//傳出參數??
  50. ????socklen_t?peerlen?=?sizeof(peeraddr);?//傳入傳出參數，必須有初始值??
  51. ??????
  52. ????int?conn;?//?已連接套接字(變為主動套接字，即可以主動connect)??
  53. ????int?i;??
  54. ????int?client[FD_SETSIZE];??
  55. ????int?maxi?=?0;?//?client數組中最大不空閑位置的下標??
  56. ????for?(i?=?0;?i?<?FD_SETSIZE;?i++)??
  57. ????????client[i]?=?-1;??
  58. ??
  59. ????int?nready;??
  60. ????int?maxfd?=?listenfd;??
  61. ????fd_set?rset;??
  62. ????fd_set?allset;??
  63. ????FD_ZERO(&rset);??
  64. ????FD_ZERO(&allset);??
  65. ????FD_SET(listenfd,?&allset);??
  66. ??
  67. ????int?count?=?0;??
  68. ????while?(1)?{??
  69. ????????rset?=?allset;??
  70. ????????nready?=?select(maxfd?+?1,?&rset,?NULL,?NULL,?NULL);??
  71. ????????if?(nready?==?-1)?{??
  72. ????????????if?(errno?==?EINTR)??
  73. ????????????????continue;??
  74. ????????????ERR_EXIT("select?error");??
  75. ????????}??
  76. ??
  77. ????????if?(nready?==?0)??
  78. ????????????continue;??
  79. ??
  80. ????????if?(FD_ISSET(listenfd,?&rset))?{??
  81. ??????????
  82. ????????????conn?=?accept(listenfd,?(struct?sockaddr*)&peeraddr,?&peerlen);??//accept不再阻塞??
  83. ????????????if?(conn?==?-1)??
  84. ????????????????ERR_EXIT("accept?error");??
  85. ????????????printf("count?=?%d\n",?++count);??
  86. ????????????for?(i?=?0;?i?<?FD_SETSIZE;?i++)?{??
  87. ????????????????if?(client[i]?<?0)?{??
  88. ????????????????????client[i]?=?conn;??
  89. ????????????????????if?(i?>?maxi)??
  90. ????????????????????????maxi?=?i;??
  91. ????????????????????break;??
  92. ????????????????}???
  93. ????????????}??
  94. ??????????????
  95. ????????????if?(i?==?FD_SETSIZE)?{??
  96. ????????????????fprintf(stderr,?"too?many?clients\n");??
  97. ????????????????exit(EXIT_FAILURE);??
  98. ????????????}??
  99. ??
  100. ????????????printf("recv?connect?ip=%s?port=%d\n",?inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),??
  101. ????????????????ntohs(peeraddr.sin_port));??
  102. ??
  103. ????????????FD_SET(conn,?&allset);??
  104. ????????????if?(conn?>?maxfd)??
  105. ????????????????maxfd?=?conn;??
  106. ??
  107. ????????????if?(--nready?<=?0)??
  108. ????????????????continue;??
  109. ????????}??
  110. ??
  111. ????????for?(i?=?0;?i?<=?maxi;?i++)?{??
  112. ????????????conn?=?client[i];??
  113. ????????????if?(conn?==?-1)??
  114. ????????????????continue;??
  115. ??
  116. ????????????if?(FD_ISSET(conn,?&rset))?{??
  117. ??????????????????
  118. ????????????????char?recvbuf[1024]?=?{0};??
  119. ????????????????int?ret?=?read(conn,?recvbuf,?1024);??
  120. ????????????????if?(ret?==?-1)??
  121. ????????????????????ERR_EXIT("read?error");??
  122. ????????????????else?if?(ret??==?0)?{?//客戶端關閉???
  123. ????????????????????printf("client?close?\n");??
  124. ????????????????????FD_CLR(conn,?&allset);??
  125. ????????????????????client[i]?=?-1;??
  126. ????????????????????close(conn);??
  127. ????????????????}??
  128. ??????????
  129. ????????????????fputs(recvbuf,?stdout);??
  130. ????????????????write(conn,?recvbuf,?strlen(recvbuf));??
  131. ??????????????????
  132. ????????????????if?(--nready?<=?0)??
  133. ????????????????????break;???
  134. ????????????}??
  135. ????????}??
  136. ??
  137. ??
  138. ????}??
  139. ??????????
  140. ????return?0;??
  141. }??
  142. ??
  143. /*?select所能承受的最大并發數受?
  144. ?*?1.一個進程所能打開的最大文件描述符數，可以通過ulimit?-n來調整?
  145. ?*???但一個系統所能打開的最大數也是有限的，跟內存有關，可以通過cat?/proc/sys/fs/file-max?查看?
  146. ?*?2.FD_SETSIZE(fd_set)的限制，這個需要重新編譯內核???????????????????????????????????????????????????????????????????????????
  147. ?*/??


huangcheng@ubuntu:~$ ./serv ?
count = 1 ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=48370 ?
count = 2 ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=48371 ?
count = 3 ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=48372 ?
count = 4 ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=48373 ?
.................................... ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=49389 ?
count = 1020 ?
recv connect ip=127.0.0.1 port=49390 ?



accept error: Too many open files ?
[cpp] view plaincopyprint?
huangcheng@ubuntu:~$ ./cli ?
ip=127.0.0.1 port=46327 ?
count = 1 ?
ip=127.0.0.1 port=46328 ?
count = 2 ?
ip=127.0.0.1 port=46329 ?
count = 3 ?
ip=127.0.0.1 port=46330 ?
count = 4 ?
ip=127.0.0.1 port=46331 ?
count = 5 ?
ip=127.0.0.1 port=46332 ?
count = 6 ?
ip=127.0.0.1 port=46333 ?
....................... ?
ip=127.0.0.1 port=47345 ?
count = 1020 ?
ip=127.0.0.1 port=47346 ?
count = 1021 ?
socket: Too many open files ?


輸出太多條目，上面只截取最后幾條，從中可以看出對于客戶端，最多只能開啟1021個連接套接字，因為總共是1024個，還得除去0、1、2。而服務器端只能accept 返回1020個已連接套接字，因為除了0、1、2之外還有一個監聽套接字，客戶端某一個套接字（不一定是最后一個）雖然已經建立了連接，在已完成連接隊列中，但accept 返回時達到最大描述符限制，返回錯誤，打印提示信息。


? ? ? ?也許有人會注意到上面有一行 sleep(4)；當客戶端調用socket準備創建第1022個套接字時，如上所示也會提示錯誤，此時socket函數返回-1出錯，如果沒有睡眠4s后再退出進程會有什么問題呢？如果直接退出進程，會將客戶端所打開的所有套接字關閉掉，即向服務器端發送了很多FIN段，而此時也許服務器端還一直在accept ，即還在從已連接隊列中返回已連接套接字，此時服務器端除了關心監聽套接字的可讀事件，也開始關心前面已建立連接的套接字的可讀事件，read 返回0，所以會有很多 client close 字段 參雜在條目的輸出中，還有個問題就是，因為read 返回0，服務器端會將自身的已連接套接字關閉掉，那么也許剛才說的客戶端某一個連接會被accept 返回，即測試不出服務器端真正的并發容量。

  1. huangcheng@ubuntu:~$?./serv??
  2. count?=?1??
  3. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=50413??
  4. count?=?2??
  5. ....................................??
  6. client?close??
  7. client?close??
  8. client?close??
  9. client?close??
  10. ...................................??
  11. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=51433??
  12. client?close??
  13. count?=?1021??
  14. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=51364??
  15. client?close??
  16. client?close??
? ? ? 可以看到輸出參雜著client close，且這次的count 達到了1021，原因就是服務器端前面已經有些套接字關閉了，所以accept 創建套接字不會出錯，服務器進程也不會因為出錯而退出，可以看到最后接收到的一個連接端口是51364，即不一定是客戶端的最后一個連接。

二、poll 函數應用舉例


[cpp]?view plaincopy
  1. #include?<poll.h>??
  2. int?poll(struct?pollfd?*fds,?nfds_t?nfds,?int?timeout);??
參數1：結構體數組指針

[cpp]?view plaincopy
  1. struct?pollfd?{??
  2. ????int???fd;?????????/*?file?descriptor?*/??
  3. ????short?events;?????/*?requested?events?*/??
  4. ????short?revents;????/*?returned?events?*/??
  5. };??

結構體中的fd 即套接字描述符，events 即感興趣的事件，如下圖所示，revents 即返回的事件。


參數2：結構體數組的成員個數，即文件描述符個數。

參數3：即超時時間，若為-1，表示永不超時。


? ? ? ?poll 跟 select 還是很相似的，比較重要的區別在于poll 所能并發的個數跟FD_SETSIZE無關，只跟一個進程所能打開的文件描述符個數有關，可以在select 程序的基礎上修改成poll 程序，在運行服務器端程序之前，使用ulimit -n 2048?將限制改成2048個，注意在運行客戶端進程的終端也需更改，因為客戶端也會有所限制，這只是臨時性的更改，因為子進程會繼承這個環境參數，而我們是在bash命令行啟動程序的，故在進程運行期間，文件描述符的限制為2048個。

使用poll 函數的服務器端程序如下：

[cpp]?view plaincopy
  1. #include<stdio.h>??
  2. #include<sys/types.h>??
  3. #include<sys/socket.h>??
  4. #include<unistd.h>??
  5. #include<stdlib.h>??
  6. #include<errno.h>??
  7. #include<arpa/inet.h>??
  8. #include<netinet/in.h>??
  9. #include<string.h>??
  10. #include<signal.h>??
  11. #include<sys/wait.h>??
  12. #include<poll.h>??
  13. ??
  14. #define?ERR_EXIT(m)?\??
  15. ????do?{?\??
  16. ????????perror(m);?\??
  17. ????????exit(EXIT_FAILURE);?\??
  18. ????}?while?(0)??
  19. ??
  20. ??
  21. int?main(void)??
  22. {??
  23. ????int?count?=?0;??
  24. ????signal(SIGPIPE,?SIG_IGN);??
  25. ????int?listenfd;?//被動套接字(文件描述符），即只可以accept,?監聽套接字??
  26. ????if?((listenfd?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?IPPROTO_TCP))?<?0)??
  27. ????????//??listenfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0)??
  28. ????????ERR_EXIT("socket?error");??
  29. ??
  30. ????struct?sockaddr_in?servaddr;??
  31. ????memset(&servaddr,?0,?sizeof(servaddr));??
  32. ????servaddr.sin_family?=?AF_INET;??
  33. ????servaddr.sin_port?=?htons(5188);??
  34. ????servaddr.sin_addr.s_addr?=?htonl(INADDR_ANY);??
  35. ????/*?servaddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr("127.0.0.1");?*/??
  36. ????/*?inet_aton("127.0.0.1",?&servaddr.sin_addr);?*/??
  37. ??
  38. ????int?on?=?1;??
  39. ????if?(setsockopt(listenfd,?SOL_SOCKET,?SO_REUSEADDR,?&on,?sizeof(on))?<?0)??
  40. ????????ERR_EXIT("setsockopt?error");??
  41. ??
  42. ????if?(bind(listenfd,?(struct?sockaddr?*)&servaddr,?sizeof(servaddr))?<?0)??
  43. ????????ERR_EXIT("bind?error");??
  44. ??
  45. ????if?(listen(listenfd,?SOMAXCONN)?<?0)?//listen應在socket和bind之后，而在accept之前??
  46. ????????ERR_EXIT("listen?error");??
  47. ??
  48. ????struct?sockaddr_in?peeraddr;?//傳出參數??
  49. ????socklen_t?peerlen?=?sizeof(peeraddr);?//傳入傳出參數，必須有初始值??
  50. ??
  51. ????int?conn;?//?已連接套接字(變為主動套接字，即可以主動connect)??
  52. ????int?i;??
  53. ??
  54. ????struct?pollfd?client[2048];??
  55. ????int?maxi?=?0;?//client[i]最大不空閑位置的下標??
  56. ??
  57. ????for?(i?=?0;?i?<?2048;?i++)??
  58. ????????client[i].fd?=?-1;??
  59. ??
  60. ????int?nready;??
  61. ????client[0].fd?=?listenfd;??
  62. ????client[0].events?=?POLLIN;??
  63. ??
  64. ????while?(1)??
  65. ????{??
  66. ????????/*?poll檢測[0,?maxi?+?1)?*/??
  67. ????????nready?=?poll(client,?maxi?+?1,?-1);??
  68. ????????if?(nready?==?-1)??
  69. ????????{??
  70. ????????????if?(errno?==?EINTR)??
  71. ????????????????continue;??
  72. ????????????ERR_EXIT("poll?error");??
  73. ????????}??
  74. ??
  75. ????????if?(nready?==?0)??
  76. ????????????continue;??
  77. ??
  78. ????????if?(client[0].revents?&?POLLIN)??
  79. ????????{??
  80. ??
  81. ????????????conn?=?accept(listenfd,?(struct?sockaddr?*)&peeraddr,?&peerlen);?//accept不再阻塞??
  82. ????????????if?(conn?==?-1)??
  83. ????????????????ERR_EXIT("accept?error");??
  84. ??
  85. ????????????for?(i?=?1;?i?<?2048;?i++)??
  86. ????????????{??
  87. ????????????????if?(client[i].fd?<?0)??
  88. ????????????????{??
  89. ????????????????????client[i].fd?=?conn;??
  90. ????????????????????if?(i?>?maxi)??
  91. ????????????????????????maxi?=?i;??
  92. ????????????????????break;??
  93. ????????????????}??
  94. ????????????}??
  95. ??
  96. ????????????if?(i?==?2048)??
  97. ????????????{??
  98. ????????????????fprintf(stderr,?"too?many?clients\n");??
  99. ????????????????exit(EXIT_FAILURE);??
  100. ????????????}??
  101. ??
  102. ????????????printf("count?=?%d\n",?++count);??
  103. ????????????printf("recv?connect?ip=%s?port=%d\n",?inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),??
  104. ???????????????????ntohs(peeraddr.sin_port));??
  105. ??
  106. ????????????client[i].events?=?POLLIN;??
  107. ??
  108. ????????????if?(--nready?<=?0)??
  109. ????????????????continue;??
  110. ????????}??
  111. ??
  112. ????????for?(i?=?1;?i?<=?maxi;?i++)??
  113. ????????{??
  114. ????????????conn?=?client[i].fd;??
  115. ????????????if?(conn?==?-1)??
  116. ????????????????continue;??
  117. ????????????if?(client[i].revents?&?POLLIN)??
  118. ????????????{??
  119. ??
  120. ????????????????char?recvbuf[1024]?=?{0};??
  121. ????????????????int?ret?=?read(conn,?recvbuf,?1024);??
  122. ????????????????if?(ret?==?-1)??
  123. ????????????????????ERR_EXIT("readline?error");??
  124. ????????????????else?if?(ret??==?0)???//客戶端關閉??
  125. ????????????????{??
  126. ????????????????????printf("client??close?\n");??
  127. ????????????????????client[i].fd?=?-1;??
  128. ????????????????????close(conn);??
  129. ????????????????}??
  130. ??
  131. ????????????????fputs(recvbuf,?stdout);??
  132. ????????????????write(conn,?recvbuf,?strlen(recvbuf));??
  133. ??
  134. ????????????????if?(--nready?<=?0)??
  135. ????????????????????break;??
  136. ????????????}??
  137. ????????}??
  138. ??
  139. ??
  140. ????}??
  141. ??
  142. ????return?0;??
  143. }??
  144. ??
  145. /*?poll?只受一個進程所能打開的最大文件描述符限制，這個可以使用ulimit?-n調整?*/??

參照前面對 select 函數 的解釋不難理解上面的程序，就不再贅述了。來看一下輸出：


[cpp]?view plaincopy
  1. root@ubuntu:/home/huangcheng#?ulimit?-n?2048??
  2. root@ubuntu:/home/huangcheng#?su?-?huangcheng??
  3. huangcheng@ubuntu:~$?ulimit?-n??
  4. 2048??
  5. huangcheng@ubuntu:~$?./serv??
  6. ...........................??
  7. count?=?2042??
  8. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=54499??
  9. count?=?2043??
  10. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=54500??
  11. count?=?2044??
  12. recv?connect?ip=127.0.0.1?port=54501??
  13. accept?error:?Too?many?open?files??
[cpp]?view plaincopy
  1. root@ubuntu:/home/huangcheng#?ulimit?-n?2048??
  2. root@ubuntu:/home/huangcheng#?su?-?huangcheng??
  3. huangcheng@ubuntu:~$?ulimit?-n??
  4. 2048??
  5. huangcheng@ubuntu:~$./cli??
  6. ..........................??
  7. ip=127.0.0.1?port=54499??
  8. count?=?2043??
  9. ip=127.0.0.1?port=54500??
  10. count?=?2044??
  11. ip=127.0.0.1?port=54501??
  12. count?=?2045??
  13. socket:?Too?many?open?files??
? ? ? ?可以看到現在最大的連接數已經是2045個了，雖然服務器端有某個連接沒有accept 返回。即poll 比 select 能夠承受更多的并發連接，只受一個進程所能打開的最大文件描述符個數限制。可以通過ulimit -n ?修改，但一個系統所能打開的文件描述符個數也是有限的，這跟系統的內存大小有關系，所以說也不是可以無限地并 發，可以查看一下本機的容量：

[cpp]?view plaincopy
  1. huangcheng@ubuntu:~$?cat?/proc/sys/fs/file-max??
  2. 101598??
本機是虛擬機，內存2G，能夠打開的文件描述符個數大約在10w個左右。


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