网络编程（六）TCP并发服务器

（一）概念

循环服务器：同一时刻只能处理一个客户端的请求。

并发服务器：可以同时处理多个客户端的请求 相互之间不影响。

并发和并行的区别：
并发：并发是指两个或多个事件在 同一时间间隔 发生，把任务在不同的时间点交给处理器进行处理。在同一时间点，任务并不会同时运行。
并行（多核CPU）：并行是指两个或者多个事件在 同一时刻同时 发生，把每一个任务分配给每一个处理器独立完成。在同一时间点，任务一定是同时运行。

（二）TCP并发服务器

方式1：使用多线程实现
方式2：使用多进程实现
方式3：使用多路IO复用

（三）使用多线程实现TCP并发服务器

1. 思路

主线程负责等待客户端连接（accept）；
一旦有客户端连接成功，就创建一个子线程，专门用来和该客户端通信

2. 注意点

1. 使用多线程一定要注意线程间的同步和互斥问题

3. 代码实现

server.c

#include <my_head.h>sem_t sem;typedef struct _Msg{int acceptfd;struct sockaddr_in clientaddr;
}msg_t;void *task_func(void *msg){pthread_detach(pthread_self());//标记为分离态msg_t client_msg=*(msg_t *)msg;sem_post(&sem);char buff[128]={0};int nbytes=0;while(1){printf("开始通信  acceptfd = %d\n", client_msg.acceptfd);if(-1 == (nbytes = recv(client_msg.acceptfd,buff,sizeof(buff),0))){//出错close(client_msg.acceptfd);pthread_exit(NULL);}else if(0 == nbytes){//recv接收到的是0//客户端断开close(client_msg.acceptfd);pthread_exit(NULL);}if(!strcmp(buff,"quit")){close(client_msg.acceptfd);pthread_exit(NULL);}//正常接收数据printf("线程[%ld]接收到数据[%s]\n",pthread_self(),buff);strcat(buff,"--zyx");if(-1 == send(client_msg.acceptfd,buff,sizeof(buff),0)){close(client_msg.acceptfd);pthread_exit(NULL);}}
}int main(int argc, char const *argv[])
{if(3 != argc){printf("Usage:%s IPv4 port\n",argv[0]);exit(-1);}//创建套接字int sockfd=0;if(-1 == (sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))){ERR_LOG("sock error");}//填充结构体struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));socklen_t serveraddrlen = sizeof(serveraddr);//绑定结构体信息if (-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,serveraddrlen)){ERR_LOG("bind error");}//设置为监听状态if(-1 == listen(sockfd, 5))ERR_LOG("listen error");//客户端结构体保存网络信息struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);msg_t msg;int acceptfd = 0;pthread_t tid=0; //无名信号量sem_init(&sem,0,1);while(1){printf("已就绪，等待连接..\n");//主线程等待连接if (-1 == (acceptfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientaddrlen))){ERR_LOG("accept error");}printf("有客户端连接\n");//如果主线程连接到了客户端，就创建子线程用来与客户端通信sem_wait(&sem);msg.acceptfd = acceptfd;msg.clientaddr = clientaddr;if(0 != pthread_create(&tid,NULL,task_func, &msg)){perror("pthread_create error");}}close(sockfd);return 0;
}

client.c

#include <my_head.h>int main(int argc, char const *argv[])
{if(3 != argc){printf("Usage:%s Ipv4 port\n",argv[0]);exit(-1);}//创建套接字int sockfd=0;if(-1 ==(sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))){ERR_LOG("socket error");}//填充结构体struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));socklen_t serverlen = sizeof(serveraddr);//连接服务器if(-1 == connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,serverlen)){ERR_LOG("connect error");}printf("连接成功\n");char buff[128]={0};while(1){scanf("%s",buff);if(-1 == send(sockfd,buff,sizeof(buff),0)){ERR_LOG("send error");}printf("数据[%s]已发送\n",buff);if(!strcmp(buff,"quit")){break;}memset(buff,0,sizeof(buff));if(-1 == recv(sockfd,buff,sizeof(buff),0)){ERR_LOG("recv error");}printf("接收到数据[%s]\n",buff);}close(sockfd);return 0;
}

（四）使用多进程实现TCP并发服务器

1. 思路

父进程负责accept等待客户端连接；
一旦有客户端连接成功，就创建一个子进程，专门用来和该客户端通信

2. 注意点

多进程要注意子进程资源的回收问题，在服务器程序中如果不及时回收子进程资源，子进程会成为僵尸进程，浪费系统资源

3. 代码实现

#include <my_head.h>//信号处理函数
void sig_fun(int signum){if(SIGCHLD == signum){wait(NULL);}
}int main(int argc, char const *argv[])
{if(3 != argc){printf("Usage:%s IPv4 port\n",argv[0]);exit(-1);}//创建套接字int sockfd=0;if(-1 == (sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))){ERR_LOG("sock error");}//填充结构体struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));socklen_t serveraddrlen = sizeof(serveraddr);//绑定结构体信息if (-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,serveraddrlen)){ERR_LOG("bind error");}//设置为监听状态if(-1 == listen(sockfd, 5))ERR_LOG("listen error");//客户端结构体保存网络信息struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);int acceptfd = 0;pid_t pid=0; //捕捉SIGCHLD信号signal(SIGCHLD,sig_fun);while(1){printf("已就绪，等待连接..\n");//主线程等待连接if (-1 == (acceptfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientaddrlen))){ERR_LOG("accept error");}printf("有客户端连接\n");if(-1 == (pid=fork())){//出错ERR_LOG("fork error");}else if(0 == pid){//子进程//执行完fork之后，父进程和子进程都各自有一个acceptfd和一个sockfdclose(sockfd);char buff[128]={0};int nbytes=0;while(1){printf("开始通信\n");if(-1 == (nbytes = recv(acceptfd,buff,sizeof(buff),0))){//出错break;}else if(0 == nbytes){//recv接收到的是0,客户端断开break;}if(!strcmp(buff,"quit")){break;}//正常接收数据printf("进程[%d]接收到数据[%s]\n",getpid(),buff);strcat(buff,"--zyx");if(-1 == send(acceptfd,buff,sizeof(buff),0)){break;}}//子进程退出close(acceptfd);exit(0);}else if(0 < pid){//父进程close(acceptfd);//关闭父进程acceptfd，回收文件描述符资源}}close(sockfd);return 0;
}

4. 关于子进程结束后的资源回收问题

方式1：父进程退出时，子进程都变成孤儿，被init回收资源 但是我们父进程的是服务器进程 不会退出
方式2：使用wait阻塞的方式回收 --不推荐用 因为又多了一个阻塞的函数
方式3：使用waitpid非阻塞方式回收 --不推荐用 因为需要轮询 占用CPU
方式4：比较好的处理方式是 子进程退出时给父进程发信号 父进程接到信号后再去回收子进程资源（可以通过捕捉SIGCHLD SIGUSR1 SIGUSR2）

（五）使用IO复用实现TCP并发服务器

1. 思路

TCP的服务器默认不支持并发，原因是两类阻塞的函数 accept 和 recv之间相互影响
也就是说，本质上就是因为 sockfd 和 acceptfd 两类文件描述符的缓冲区中没有内容
就会阻塞，而且多个阻塞之间相互影响。

使用IO复用来监视文件描述符，当sockfd就绪，就说明有新的客户端连接；acceptfd就绪，就说明有已连接的客户端发送数据。

2. 代码实现

#include <my_head.h>int main(int argc, char const *argv[])
{if(3 != argc){printf("Usage:%s IPv4 port\n",argv[0]);exit(-1);}//创建套接字int sockfd=0;if(-1 == (sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))){ERR_LOG("sock error");}//填充结构体struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));socklen_t serveraddrlen = sizeof(serveraddr);//绑定结构体信息if (-1 == bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,serveraddrlen)){ERR_LOG("bind error");}//设置为监听状态if(-1 == listen(sockfd, 5))ERR_LOG("listen error");int acceptfd = 0;pid_t pid=0; //创建集合fd_set readfds;     //母本FD_ZERO(&readfds);  //清空母本fd_set tempfds;     //备份FD_ZERO(&tempfds);  //清空备份int max_fd=0;       //缓存最大的文件描述符//首先将sockfd添加到监听队列中FD_SET(sockfd,&readfds);max_fd = max_fd > sockfd ? max_fd : sockfd; //更新最大的文件描述符int ret=0;          //缓存就绪文件描述符的个数int i=0;            //遍历变量int nbytes=0;       //缓存接收到的数据字节数char buff[128]={0}; //缓存数据while(1){//将母本复制给temp，对所有文件描述符进行监听tempfds = readfds;//开始监听，没有文件描述符准备就绪时就阻塞if(-1 == (ret = select(max_fd+1,&tempfds,NULL,NULL,NULL))){ERR_LOG("select error");}//有fd准备就绪，遍历处理for(i = 3; i < max_fd+1 && ret != 0; i++){//判断i是否就绪if(FD_ISSET(i, &tempfds)){ret--;//判断就绪的i是否是sockfd，如果是说明有客户端连接if(sockfd == i){if(-1 == (acceptfd = accept(i,NULL,NULL))){ERR_LOG("accept error");}printf("客户端[%d]连接\n",acceptfd);FD_SET(acceptfd, &readfds);//将新的acceptfd添加到集合中max_fd = max_fd > acceptfd ? max_fd : acceptfd;//更新最大的文件描述符}else{//说明有已经连接的客户端发来数据了if(-1 == (nbytes = recv(i,buff,sizeof(buff),0))){ERR_LOG("recv error");}else if(0 == nbytes){ //说明有客户端断开连接printf("客户端[%d]断开链接\n",i);FD_CLR(i, &readfds);//将其移除队列close(i);//关闭其文件描述符continue;//跳过本次for循环}if(!strcmp(buff,"quit")){ //说明有客户端退出printf("客户端[%d]退出\n",i);FD_CLR(i, &readfds);//将其移除队列close(i);//关闭其文件描述符continue;//跳过本次for循环}//正常接收数据printf("接收到数据：[%s]\n",buff);strcat(buff,"--zyx");if(-1 == send(i,buff,sizeof(buff),0)){ERR_LOG("send error");}}}}}close(sockfd);
}