嵌入式LINUX——————TCP并發服務器

一、服務器

1.服務器分類

單循環服務器：只能處理一個客戶端任務的服務器
并發服務器：可同時處理多個客戶端任務的服務器

二、TCP并發服務器的構建

1.如何構建？?? ??

（1）多進程（每一次創建都非常耗時耗空間，但是安全）

#include "head.h"
int init_tcp(const char *ip, unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket fail");return 1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(port);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (ret < 0){perror("bind fail");return 1;}ret = listen(sockfd, 100);if (ret < 0){perror("lisen fail");return 1;}return sockfd;
}
void do_wait(int signo)
{wait(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = init_tcp("192.168.1.138", 50000);if (sockfd < 0){return 1;}signal(SIGCHLD, do_wait);char buf[1024] = {0};struct sockaddr_in cliaddr;int clilen = sizeof(cliaddr);while (1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (connfd < 0){perror("connect fail");return 1;}pid_t pid = fork();if (pid > 0){}else if (0 == pid){while (1){memset(buf, 0, sizeof(buf));ssize_t size = recv(connfd, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("recv fail");break;}else if (0 == size){printf("client connet offline");break;}printf("[%s] [%d] ?: %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buf);strcat(buf, "------ok");size = send(connfd, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("fail send");break;}}close(connfd);exit(1);}else{perror("fork fail");return 1;}}close(sockfd);return 0;
}

（2）多線程（并發程度高、不太安全）

#include "head.h"
int init_tcp(const char *ip, unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket fail");return 1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(port);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (ret < 0){perror("bind fail");return 1;}ret = listen(sockfd, 100);if (ret < 0){perror("lisen fail");return 1;}return sockfd;
}
typedef struct
{int connfd;struct sockaddr_in cliaddr;
} XIN;void do_thurance(void *arg)
{XIN xi = *(XIN *)arg;char buf[1024] = {0};while (1){memset(buf, 0, sizeof(buf));ssize_t size = recv(xi.connfd, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("recv fail");break;}else if (0 == size){printf("client connet offline");break;}printf("[%s] [%d] ?: %s\n", inet_ntoa(xi.cliaddr.sin_addr), ntohs(xi.cliaddr.sin_port), buf);strcat(buf, "------ok");size = send(xi.connfd, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("fail send");break;}}close(xi.connfd);pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = init_tcp("192.168.1.138", 50000);if (sockfd < 0){return 1;}char buf[1024] = {0};pthread_t tid;struct sockaddr_in cliaddr;int clilen = sizeof(cliaddr);while (1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (connfd < 0){perror("connect fail");return 1;}printf("client getline\n");XIN xi;xi.connfd = connfd;xi.cliaddr = cliaddr;pthread_create(&tid, NULL, do_thurance, &xi);pthread_detach(tid); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//設置分離屬性，線程結束，操作系統自動會回收；}close(sockfd);return 0;
}

（3）線程池

????????主要解決：程序運行過程中，線程被反復創建和銷毀帶來的耗時問題；
（4）IO多路復用

? ? ? ? 理解：不創建進程和線程的情況下，對多個文件描述符監測復用一個進程；

二、IO多路復用

1.阻塞IO方式：

（1）多個IO之間是同步關系；

（2）多個IO之間相互影響；

2.IO多路復用

（1）步驟
1）創建文件描述符集合（數組、鏈表、樹形結構.......）；

? ? ? ? 2）添加關注的文件描述符帶集合中；

? ? ? ? 3）通過函數接口，把集合傳遞給內核，并開始檢測IO事件（輸入輸出、讀寫事件）；

? ? ? ? 4）當內核檢測到事件時，通過相關函數返回，做具體的相關操作；

（2）select
1）創建文件描述符集合表：fd_set

? ? ? ? 2）清楚集合表? ? ?

? ? ? ? 3）把文件描述符加入到集合表中

? ? ? ? 4）select：? ?

? ? ? ? 功能：通知內核檢測的集合表并開始檢測

? ? ? ? 參數：

? ? ? ? ? ? ? ? nfds：關注的最大描述符+1

? ? ? ? ? ? ? ? readfds：關注的讀事件的我文件描述符的地址

? ? ? ? ? ? ? ? writefds：關注的寫事件的我文件描述符的地址

? ? ? ? ? ? ? ? exceptfds：其他事件

? ? ? ? ? ? ? ? timeout:超時事件的地址；設置一個時間結點，如果都沒有事件來，就直接返回；????????

????????????????NULL：不設置超時時間

? ? ? ? 返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? 成功：返回到達事件的個數

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗：-1

? ? ? ? ? ? ? ? 超時時間到達沒有事件時：0

位圖在內核中，保持最小未被使用原則

#include "head.h"
int init_tcp(const char *ip, unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket fail");return 1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(port);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (ret < 0){perror("bind fail");return 1;}ret = listen(sockfd, 100);if (ret < 0){perror("lisen fail");return 1;}return sockfd;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = init_tcp("192.168.1.138", 50002);if (sockfd < 0){return 1;}struct sockaddr_in cliaddr;int clilen = sizeof(cliaddr);int maxs;fd_set rdfds;fd_set tmprdfds;FD_ZERO(&rdfds);FD_SET(sockfd, &rdfds);int i = 0;maxs = sockfd;char buf[1024]={0};while (1){tmprdfds = rdfds;int cnt = select(maxs + 1, &tmprdfds, NULL, NULL, NULL);if (cnt < 0){perror("fail select");return 1;}if (FD_ISSET(sockfd, &tmprdfds)){int connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen);if (connfd < 0){perror("fail accept");return 1;}FD_SET(connfd, &rdfds);maxs = maxs > connfd ? maxs : connfd;}// for(i=sockfd;i<maxs+1;++i)// {// ? ? printf("%d\n",i);// }// sleep(3);for (i = sockfd + 1; i < maxs + 1; ++i){if (FD_ISSET(i, &tmprdfds)){memset(buf, 0, sizeof(buf));ssize_t size = recv(i, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("recv fail");continue;}if(0==size){printf("client offlink\n");return 1;}printf("[%s] [%d] ?: %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buf);strcat(buf, "------ok");size = send(i, buf, sizeof(buf), 0);if (size < 0){perror("fail send");continue;}} ?}}close(sockfd);return 0;
}

??缺陷：

????????限制了最多只能檢測1024個文件描述符（底層使用數組的機制儲存）；
在應用層每次需要遍歷才可找到到達的事件的文件描述符，效率不高，還耗時；
集合表存在于應用層，內核存在應用層和內核層的數據表的反復拷貝，耗時；
select只能工作在水平觸發模式（低速模式），不能工作在邊沿觸發模式（高速模式）；

????????邊沿觸發：數據從無變有，從低電平到高電平，觸發一次，稱讀數據的上升沿觸發；??數據一次收不完，但是下一次繼續讀

? ? ??? ? ? ? 水平觸發：數據從無到有，先觸發一次讀，沒讀完，再觸發讀，一直到讀完了，才不觸發；優勢在反復把數據讀完；缺點：耗時，低俗模式

? ?（3）poll
1）解決的問題：檢測的文件描述符個數不受1024限制；底層對于集合表的方式改變，變成了鏈表，時間復雜度O（n），其他問題未被改善，仍然需要反復拷貝、遍歷、只可工作在水平觸發模式；

（4）epoll
1）解決的問題：檢測的文件描述符是樹形結構；時間復雜度是O（log（n）【紅黑樹】，也不受1024限制；將檢測的文件描述符集合創建在內核，解決了內核和用戶層的數據拷貝；直接返回到達事件的文件描述符集合，不需要遍歷尋找；epoll可以工作在水平觸摸式，也可工作在邊沿觸發模式；

? ? ? ? 2）步驟

? ? ? ? ? ? ? ? a）創建文件描述符集合表；? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? 功能：創建文件描述符集合表到內核

? ? ? ? ? ? ? ? 參數：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? size：最多監測的文件描述符的個數

? ? ? ? ? ? ? ? 返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回非負的文件描述符，代表了內核的集合；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回-1

? ? ? ? ? ? ? ? b）添加關注的文件描述符到集合；

? ? ? ? ? ? ? ? int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

? ? ? ? ? ? ? ? 功能：對文件描述符進行操作；

? ? ? ? ? ? ? ? 參數：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? epfd：文件描述符集合表的文件描述符

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? op： ? ? ? ?
EPOLL_CTL_ADD ? ? ? ?新增事件
EPOLL_CTL_MOD ? ? ? ?修改事件?
EPOLL_CTL_DEL ? ? ? ?刪除事件
fd：要操作的文件描述符?
events：事件相關結構體

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?EPOLLIN ? ? ? ?讀事件
EPOLLOUT ? ?寫事件 ?
EPOLLET ? ? ? ?邊沿觸發 ? ?
LT ? ? ? ? ? ?水平觸發

epoll函數里面的data里存放很多相關內容，需將fd直接放入此類型結構體里進行調用

????????????????typedef union epoll_data {
void ? ? ? ?*ptr;
int ? ? ? ? ?fd;
uint32_t ? ? u32;
uint64_t ? ? u64;
} epoll_data_t;

? ? ? ? ????????struct epoll_event {
uint32_t ? ? events; ? ? ?/* Epoll events */
epoll_data_t data; ? ? ? ?/* User data variable */
};

? ? ? ? ? ? ? ? 返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回-1；

? ? ? ? ? ? ? ? c）epoll通知內核開始檢測；

?? ? ? int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);

? ? ? ? ? ? ? ? 功能:監聽事件表中的事件,并將產生的事件存放到結構體數組中
參數:
epfd:事件表文件描述符
events:存放結果事件結構體數組空間首地址?
maxevents:最多存放事件個數
timeout:超時時間
-1:阻塞等待直到有事件發生?
返回值:
成功返回產生事件個數
失敗返回-1?

? ? ? ? ? ? ? ? ? d）epoll返回檢測到的事件結果；