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Linux网络编程之高级并发服务器

第七根弦 2014 年 10 月 17 日 UC 发表评论 (0)

1. 介绍

在上一节，我们介绍了Linux简单的并发服务器，通过在服务器端建立多个子进程，来接收客户端的请求，实现并发处理，但这种方式明显有缺陷,服务器并不知道客户端请求的数量，所以事先建立的进程数不好确定。所以，这里介绍三种高级并发服务器模式。第一种是服务器端统一accept,接收客户端的到来，然后为每个客户端分配一个进程去处理.

第二种是统一accept接收请求，然后为每个客户端分配一个线程去处理。第三种建立多个线程去处理客户端请求，每个线程独自监听客户端的请求。显然，第一种方案解决了简单服务器的并发问题。第二种方案其实是对第一种方案的改进，因为线程切换的开销明显要小于进程切换的开销。第三种方案就是原来用进程去处理每个请求，现在换成用线程去处理，个人认为改进不是很大.

2. 高级并发服务器算法流程

(1)统一accept,多进程

socket(…);

bind(…);

listen(…);

while(1){

accept(…);

fork(…);//子进程

}

close(…);//关闭服务器套接字

子进程:

recv(…);

process(…);

send(…);

close(…);//关闭客户端

(2)统一accept,多线程

socket(…);

bind(…);

listen(…);

while(1){

accept(…);

pthread_create(….);

}

close(…);//关闭服务器

线程1:

recv(….);

process(….);

send(…);

close(…);//关闭客户端

(3)accept放入每个线程

socket(…);

bind(…);

listen(…);

pthread_create(…);

pthread_join(…);//等待线程结束

close(…);//关闭服务器

线程1:

Mutex_lock//互斥锁

accept(…);

Mutex_unlock(…);

recv(…);

process(…);

send(…);

close(…);//客户端

3. 相关例子

TCP服务器:

(1)统一accept多进程

服务器；

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <time.h>
/**
高级并发服务器
TCP统一accept
当有客户端到来时,为每个客户端建立进程，然后每个进程处理客户端的请求，动态的建立进程

**/
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
#define BACKLOG 2

static void handle(int sc){//处理客户端的请求
char buffer[BUFFERSIZE];
time_t now;
int size;
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(sc,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size>0&&!strncmp(buffer,”TIME”,4)){//时间服务器，当客户端请求时间就把时间发送给客户端
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
now=time(NULL);
sprintf(buffer,”%24s\r\n”,ctime(&now));
send(sc,buffer,strlen(buffer),0);
}
close(sc);

}
int main(int argc,char*argv[]){
int ret;
int s;
int sc;//用于服务器与客户端进行数据传输的套接字
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int len;
len=sizeof(client_addr);
//建立流式套接字
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
//将地址结构绑定到套接字描述符上去
memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
ret=bind(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
if(ret==-1){
perror(“bind error”);
return -1;
}
ret=listen(s,BACKLOG);
if(ret<0){
perror(“listen error”);
return -1;
}

while(1){
sc=accept(s,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);
if(sc<0){
continue;
}
if(fork()==0){//子进程
handle(sc);
close(s);//子进程关闭用于监听的套接字
}else{
close(sc);//父进程关闭客户端套接字

}

}

}

客户端:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <netinet/in.h>
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
int main(int argc,char*argv[]){
int s;
int ret;
int size;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[BUFFERSIZE];
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
//将地址结构绑定到套接字
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
//连接服务器
ret=connect(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
if(ret==-1){
perror(“connect error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
strcpy(buffer,”TIME”);
size=send(s,buffer,strlen(buffer),0);
if(size<0){
perror(“send error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(s,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size<0){
perror(“recv error”);
return;
}

printf(“%s”,buffer);
close(s);
return 0;
}

(2)统一accept多线程

服务器:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <time.h>
/**
TCP并发服务器，采用多线程，每次客户端发送请求，主线程建立一个子线程，用于处理客户端的请求
线程具有速度快，占用资源少，数据可以共享等优点 统一accept
**/
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
#define BACKLOG 2

static void handle(void* sc1){
int sc;
time_t now;
char buffer[BUFFERSIZE];
int size;
sc=*((int*)sc1);//转换成int指针，然后取值,sc1本身就是一个指针
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(sc,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size>0&&!strncmp(buffer,”TIME”,4)){//请求服务器的时间
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);//清0
now=time(NULL);
sprintf(buffer,”%24s\r\n”,ctime(&now));
send(sc,buffer,strlen(buffer),0);//向客户端发送数据
}

close(sc);//关闭客户端
}
int main(int argc,char*argv[]){
int ret;
int s;
int sc;
int len;
pthread_t thread1;//定义线程名
struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
len=sizeof(client_addr);
//建立流式套接字
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
//将服务器端的地址结构绑定到套接字描述符
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(PORT);
ret=bind(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
if(ret<0){
perror(“bind error”);
return -1;
}
//监听
ret=listen(s,BACKLOG);
if(ret<0){
perror(“listen error”);
return -1;
}

//接收客户端的请求
for(;;){
sc=accept(s,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);
if(sc<0){
continue;
} else {
pthread_create(&thread1,NULL,handle,(void*)&sc);//建立线程，让线程去处理,最后一个字段是传递给线程处理函数handle的参数
}
}

close(s);
}

客户端:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <netinet/in.h>
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
int main(int argc,char*argv[]){
int s;
int ret;
int size;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[BUFFERSIZE];
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
//将地址结构绑定到套接字
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
//连接服务器
ret=connect(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
if(ret==-1){
perror(“connect error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
strcpy(buffer,”TIME”);
size=send(s,buffer,strlen(buffer),0);
if(size<0){
perror(“send error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(s,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size<0){
perror(“recv error”);
return;
}

printf(“%s”,buffer);
close(s);
return 0;
}

(3)单独线程accept

服务器:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
/**
多线程TCP并发服务器
主线程创建多个线程，然后每个线程独立的accept和进行数据的发送与接收
多线程，独立accept
**/
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
#define BACKLOG 2
#define CLIENTNUM 3
static void *handle(void* s1){
int s;
int len;
int sc;
pthread_mutex_t alock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
char buffer[BUFFERSIZE];
int size;
struct sockaddr_in client_addr;
s=*((int*)s1);//得到服务器端的套接字描述符
//等待客户端连接
len=sizeof(client_addr);
for(;;){//不停的循环等待客户端的连接
time_t now;
//进入互斥区,每次一个线程处理客户端
pthread_mutex_lock(&alock);
sc=accept(s,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);
pthread_mutex_unlock(&alock);
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(sc,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size>0&&!strncmp(buffer,”TIME”,4)){
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
now=time(NULL);
sprintf(buffer,”%24s\r\n”,ctime(&now));
send(sc,buffer,strlen(buffer),0);
}
close(sc);//关闭客户端

}

}
int main(int argc,char*argv[]){
int ret;
int s;
int len;
int i;
pthread_t thread[CLIENTNUM];
struct sockaddr_in server_addr;
//建立流式套接字
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
//将地址结构绑定到套接字上
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(PORT);
ret=bind(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
if(ret==-1){
perror(“bind error”);
return -1;
}
//监听
ret=listen(s,BACKLOG);
if(ret==-1){
perror(“listen error”);
return -1;
}

//建立3个线程，每个线程独立的accept
for(i=0;i<CLIENTNUM;i++){
pthread_create(&thread[i],NULL,handle,(void*)&s);//线程的处理函数为handle,传递的参数为套接字描述符s

}
//while(1);
//等待线程结束
for(i=0;i<CLIENTNUM;i++){
pthread_join(thread[i],NULL);

}
//关闭套接字
close(s);

return 0;
}

客户端:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <netinet/in.h>
#define PORT 8888
#define BUFFERSIZE 1024
int main(int argc,char*argv[]){
int s;
int ret;
int size;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[BUFFERSIZE];
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s<0){
perror(“socket error”);
return -1;
}
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
//将地址结构绑定到套接字
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
//连接服务器
ret=connect(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
if(ret==-1){
perror(“connect error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
strcpy(buffer,”TIME”);
size=send(s,buffer,strlen(buffer),0);
if(size<0){
perror(“send error”);
return -1;
}
memset(buffer,0,BUFFERSIZE);
size=recv(s,buffer,BUFFERSIZE,0);
if(size<0){
perror(“recv error”);
return;
}

printf(“%s”,buffer);
close(s);
return 0;
}

总结:

统一accept,多进程服务器是对简单并发服务器的改进，而由于进程的切换开销比较大，所以又有了统一accept，多线程的并发服务器。而单独线程的accept是完全用线程来处理请求。这些都是TCP服务器，由于UDP是突发的数据流，没有三次握手，所以服务器不能检测到客户端什么时候发送数据。以上三种高级并发服务器仍然存在着性能问题，下一节介绍的I/O复用的循环服务器是对这三种高级并发服务器的改进。

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