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0730------Linux网络编程----------服务器端模型（迭代，多进程，多线程，select，poll，epoll 等）
1.迭代服务器模型
1.1 迭代服务器是处理多个请求时一种最简单直接的思路，即使用while循环，它不具有并发能力，即必须一个一个的处理客户的请求。
1.2 程序示例。
#include "def.h"int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求int main(int argc, const char *argv[]){ if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR) ERR_EXIT("signal"); int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态 struct sockaddr_in peeraddr; int len = sizeof(peeraddr); int peerfd; while(1){ if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1) //接受一个TCP连接请求 ERR_EXIT("accpet"); do_service(peerfd); // 处理请求 close(peerfd); } close(listenfd); return 0;}int listenfd_init(){ int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int on = 1; if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1) ERR_EXIT("setsockopt"); struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(9999); if(listenfd == -1) ERR_EXIT("socket"); if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1) ERR_EXIT("bind"); if(listen(listenfd, 10) == -1) ERR_EXIT("listen"); return listenfd;}void do_service(int peerfd){ char recvbuf[1024] = {0}; int ret; while(1){ ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024); if(ret <= 0) break; printf("recv data : %s", recvbuf); writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf)); }}2.多进程服务器模型
2.1 使用多进程编写并发服务器的一般步骤：
a）while(1)循环，每次accept一个连接都fork一个进程；
b）在子进程中要close(listenfd),最后要exit（这里子进程一定要退出，否则会继续执行）；
c）父进程要关闭accept返回的peerfd。
2.2 一些要点：
a）父进程要关闭peerfd，这主要是因为close根据引用计数关闭fd，如果父进程不这样做，那么所有通过accept创建的fd都不会被真正释放,这将造成资源耗尽；
b）父进程不可以直接采用waitpid来回收子进程，这样会使得server变为一个迭代服务器，而不具备并发的能力，，必须采用信号这种异步的处理手段；
c）使用信号处理必须注意，使用while而不是if，尽可能多处理僵尸进程，这是为了防止信号的额阻塞和丢失问题，waitpid要使用WNOHANG悬选项。
d）子进程要关闭listenfd；
e）子进程执行do_service之后务必exit(EXIT_SUCCESS)。
2.3 程序示例。
#include "def.h"/* * 服务器端使用 多进程 模型 * */int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求void handler(int signum); //处理sigchld信号 回收子进程资源int main(int argc, const char *argv[]){ if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR) ERR_EXIT("signal"); if(signal(SIGCHLD, handler) == SIG_ERR) ERR_EXIT("signal"); int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态 //多进程模型 while(1){ struct sockaddr_in peeraddr; memset(&peeraddr, 0,sizeof(peeraddr)); int len = sizeof(peeraddr); int peerfd; // 接受一个TCP连接请求 if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1) ERR_EXIT("accpet"); pid_t pid; if((pid = fork()) < 0) ERR_EXIT("fork"); else if(pid == 0){ close(listenfd); //子进程要关闭listenfd do_service(peerfd); // 处理请求 exit(EXIT_SUCCESS); } close(peerfd); //这里必须关闭peerfd，否则导致资源耗尽 } close(listenfd); return 0;}int listenfd_init(){ int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int on = 1; if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1) ERR_EXIT("setsockopt"); struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(9999); if(listenfd == -1) ERR_EXIT("socket"); if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1) ERR_EXIT("bind"); if(listen(listenfd, 10) == -1) ERR_EXIT("listen"); return listenfd;}void do_service(int peerfd){ char recvbuf[1024] = {0}; int ret; while(1){ ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024); if(ret <= 0){ close(peerfd); exit(EXIT_SUCCESS); } printf("recv data : %s", recvbuf); writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf)); } close(peerfd);}void handler(int signum){ while(waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0) ; //while尽可能多回收子进程}
3.多线程服务器模型
3.1 使用多线程编写并发服务器的一般步骤: while（1）循环内，每次accpet一个连接，都创建一个线程。
3.2 一些要点：
a）往线程中传fd，最好使用动态分配内存（有些机器int和void*不兼容），在线程中务必释放内存，防止内存泄露；
b）线程务必使用detach函数，将自己设置为分离状态，自动回收资源。
3.3 程序示例。
#include "def.h"/* * 服务器端使用 多线程 模型 * */int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求void handler(int signum); //处理sigchld信号 回收子进程资源void *thread_func(void *arg); //线程处理函数int main(int argc, const char *argv[]){ if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR) ERR_EXIT("signal"); if(signal(SIGCHLD, handler) == SIG_ERR) ERR_EXIT("signal"); int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态 //多线程模型 while(1){ struct sockaddr_in peeraddr; memset(&peeraddr, 0,sizeof(peeraddr)); int len = sizeof(peeraddr); int peerfd; if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1) ERR_EXIT("accpet"); int *pfd = (int *)malloc(sizeof(int)); *pfd = peerfd; pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, thread_func, pfd); } close(listenfd); return 0;}int listenfd_init(){ int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int on = 1; if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1) ERR_EXIT("setsockopt"); struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(9999); if(listenfd == -1) ERR_EXIT("socket"); if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1) ERR_EXIT("bind"); if(listen(listenfd, 10) == -1) ERR_EXIT("listen"); return listenfd;}void *thread_func(void *arg){ //线程处理函数 pthread_detach(pthread_self()); //将当前线程设置为分离状态 自己主动回收资源 int *pfd = (int *)arg; int peerfd = *pfd; free(pfd); do_service(peerfd);}void do_service(int peerfd){ char recvbuf[1024] = {0}; int ret; while(1){ ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024); if(ret <= 0){ close(peerfd); exit(EXIT_SUCCESS); } printf("recv data : %s", recvbuf); writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf)); } close(peerfd);}void handler(int signum){ while(waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0) ; //while尽可能多回收子进程}
4.select服务器模型
4.1 使用 select 编写并发服务器的一般步骤：
a）初始化参数，这里包括readset（描述符集合，用作readyset的备份），readyset用作select函数的传出参数，clients数组（存储所有已连接的fd，这里的数组长度FD_SETSIZE是一个系统定义的宏），maxi（数组的最大下标，便于提高效率），maxfd（要监听的fd的最大值，用作select的第一个参数），nready（用作select的返回值）；
b）进入while(1)循环，readyset = readset；
c）执行select函数，并检查其返回值；
d）检查listenfd是否在准备好的集合中，此时这里需要accpet一个连接，将返回的fd加入到clients数组中和readset结合中，并且还要更新maxi和maxfd；
e）遍历clients数组，依次查看每个fd是否在准备好的集合readyset中，这里要注意，当某一个客户关闭连接时，本地需要close这个fd，更新clients数组，将该fd从readset集合中移除。
4.2 程序示例。
void do_select(int listenfd){ //初始化参数 fd_set readset, readyset;//readset 用作备份 存储要监听的所有fd，readyset用作返回 FD_ZERO(&readset); FD_ZERO(&readyset); FD_SET(listenfd, &readset); //定义数组，存储所有已连接的客户fd 初始化为-1 int clients[FD_SETSIZE]; //FD_SETSIZE 是一个系统的宏定义 int i; for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++){ clients[i] = -1; } int maxi = -1; //数组的最大下标 //? int nready; //select的返回值 int maxfd = listenfd;//监听的最大fd while(1){ //执行select,检查返回值 readyset = readset; nready = select(maxfd + 1, &readyset, NULL, NULL, NULL); if(nready == -1){ if(errno == EINTR) continue; ERR_EXIT("select"); } //检查listenfd 是否在准备好的集合中 if(FD_ISSET(listenfd, &readyset)){ int peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL); if(peerfd == -1) ERR_EXIT("accept"); //为新的fd在clients数组中找一个空位,并更新maxi int i; for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++){ if(clients[i] == -1){ clients[i] = peerfd; if(i > maxi) maxi = i; break; } } if(i == FD_SETSIZE){//找不到一个空闲fd位置给新的fd fprintf(stderr, "too many clients\n"); close(peerfd); continue; } //将新的fd添加到集合中, 更新maxfd FD_SET(peerfd, &readset); if(peerfd > maxfd) maxfd = peerfd; if(--nready <= 0)//执行下一次select continue; }//if listenfd //依次检查每个普通fd是否在准备好的集合中 int i; char recvbuf[1024] = {0}; for(i = 0; i <= maxi; i++){ if(FD_ISSET(clients[i], &readyset)){ int ret = readline(clients[i], recvbuf, 1024); if(ret == -1) ERR_EXIT("readline"); else if(ret == 0){ //对端已关闭tcp连接 //从监听集合中移除fd ，并关闭连接 printf("client closed\n"); close(clients[i]); FD_CLR(clients[i], &readset); clients[i] = -1; break; } printf("recv data: %s", recvbuf); writen(clients[i], recvbuf, strlen(recvbuf)); if(--nready <= 0) break; //不在轮询后面的fd } }//for }//while(1)}5.poll服务器模型
5.1 使用poll编写并发服务器的一般步骤：
a）创建struct pollfd events[]数组存放用来监听的fd，并且初始化为-1；
b）将listenfd加入到该数组中；
c）进入while(1)循环，执行poll系统调用，并检查返回值；
d）检查listenfd是否可读，若可读，则需要accept一个连接，从events数组中找一个空闲的位置，将返回的fd加入到数组中；
e）检查其他的fd，这里要注意fd关闭的问题（如果客户关闭了连接，本地需要关闭连接，并将数组元素置为-1）。
5.2 程序示例。
void do_poll(int listenfd){ struct pollfd clients[2048]; //存储所有要监听的fd //初始化数组 int i; for(i = 0; i < 2048; i++){ clients[i].fd = -1; } clients[0].fd = listenfd; clients[0].events = POLLIN; int maxi = 0; // clients数组的最大下标 int nready; // 接收poll 的返回值 //执行 poll 函数 while(1){ nready = poll(clients, maxi+1, -1); if(nready == -1){ if(errno == EINTR) continue; ERR_EXIT("poll"); } // 1.处理 listenfd if(clients[0].revents & POLLIN){ int peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL); if(peerfd == -1) ERR_EXIT("accept"); // 为新的fd 找一个空位置 int i; for(i = 0; i < 2048; i++){ if(clients[i].fd == -1){ clients[i].fd = peerfd; clients[i].events = POLLIN; if(i > maxi) //更新maxi maxi = i; break; } } if(i == 2048){ fprintf(stderr, "too many clients\n"); close(peerfd); continue; } if(--nready <= 0) continue; } // 2.依次轮询已连接的fd int i; for(i = 0; i <= maxi; i++){ if(clients[i].fd == -1) //当前位置没有client 连接 continue; char recvbuf[1024] = {0}; if(clients[i].revents & POLLIN){ //处理请求 回显 int ret = readline(clients[i].fd, recvbuf, 1024); if(ret == -1) ERR_EXIT("readline"); else if(ret == 0){ close(clients[i].fd); clients[i].fd = -1; printf("client closed\n"); continue; } printf("recv data: %s", recvbuf); writen(clients[i].fd, recvbuf, strlen(recvbuf)); if(--nready <= 0) break; } } }}
6.epoll服务器模型
6.1 使用epoll编写并发服务器的一般步骤：
a）创建epoll句柄（使用epoll_create函数），把listenfd加入到epollfd中（这里使用epoll_ctl函数）；
b）创建一个数组，用于接收epoll_wait的返回结果；
c）进入while（1)循环，执行epoll_wait,并检查返回值；
d）判断数组中的每个fd，如果是listenfd，那么需要accept，如果是普通fd，需要echo服务。
6.2 程序示例。
void do_epoll(int listenfd){ //创建epoll句柄 int epollfd = epoll_create(2048); if(epollfd == -1) ERR_EXIT("epoll_create"); //把listenfd加入到epollfd中 struct epoll_event ev; ev.data.fd = listenfd; ev.events = EPOLLIN; if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) ERR_EXIT("epoll_ctl"); //创建数组 用作返回 struct epoll_event events[2048]; int nready; while(1){ //执行wait 检查返回值 nready = epoll_wait(epollfd, events, 2048, -1); if(nready == -1){ if(errno == EINTR) continue; ERR_EXIT("epoll_wait"); } //遍历events数组 int i; for(i = 0; i < nready; i++){ if(events[i].data.fd == listenfd){ //listenfd int peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL); if(peerfd == -1) ERR_EXIT("accept"); //新的fd加入到句柄中 struct epoll_event ev; ev.data.fd = peerfd; ev.events = EPOLLIN; if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, peerfd, &ev) == -1) ERR_EXIT("epoll_ctl"); } else{//普通fd 回显 int fd = events[i].data.fd; char recvbuf[1024] = {0}; int ret = readline(fd, recvbuf, 1024); if(ret == -1) ERR_EXIT("readline"); else if(ret == 0){ //客户端关闭连接 //移除fd printf("client closed\n"); struct epoll_event ev; ev.data.fd = fd; if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev) == -1) ERR_EXIT("epoll_ctl"); //关闭该连接 close(fd);//注意这里要先移除在关闭 否则会出错 continue; } printf("recv data: %s", recvbuf); writen(fd, recvbuf, strlen(recvbuf)); } } } //关闭epoll句柄 close(epollfd);}7.总结
7.1 select、poll、epoll之间的区别：
a）select 文件描述符的大小受到限制，而且FD_SETSIZE受内核参数的限制，如果需要更改，需要重新编译内核；
b）poll没有文件描述符大小的限制；
c）select和poll共同的缺点是：内部的数组不同在内核空间和用空间中相互拷贝。而epoll采用共享内存，避免了这一开销；
d）select和poll内部都是采用“轮询”机制，随着fd的增多，select和poll的效率随之下降，而epoll只关心已经准备好的fd，不存在这个缺点。
7.2 write是把数据从用户空间拷贝至内核空间，而read是把数据从内核空间拷贝至用户空间。因此，当用read，write读写文件时，效率很低，有一个sendfile函数直接将数据从在内核之间拷贝，不经过用户空间。这叫做零拷贝技术。
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