Linux中 socket编程中多进程/多线程TCP并发服务器模型 – 小飞侠

Linux中 socket编程中多进程/多线程TCP并发服务器模型

Post author:xfxia
Post published:2023年10月7日
Post category:linux

一、循环服务器(while)【不常用】

一次只能处理一个客户端的请求，等这个客户端退出后，才能处理下一个客户端。

缺点：循环服务器所处理的客户端不能有耗时操作。

模型

sfd = socket();
bind();
listen();
while(1)
{
    newfd = accept();
    while(1)
    {
        recv();
        send();    
    }
    close(newfd);
}
close(sfd);

源码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <head.h>

#define PORT 6666               //1024-49151
#define IP "192.168.122.80"    //ifconfig查看本机ip

int main(int argc, const char *argv[])
{
	//创建流式套接字
	int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(sfd < 0)
	{
		ERR_MSG("socket");
		return -1;
	}
	printf("sfd= %d\n",sfd);                                                                                                    

	//填充地址信息结构体，真实的地址信息结构体根据地址族制定
	//AF_INET: man 7 ip
	struct sockaddr_in sin;
	sin.sin_family         = AF_INET;       //必须填AF_INET
	sin.sin_port           = htons(PORT);   //端口号：1024~49151(网络端口号的字节序)(端口号存储在2个字节的无符号整数中)
	sin.sin_addr.s_addr    = inet_addr(IP); //本机IP inconfig查看(本机IP地址的字节序)

	//设置端口允许端口被快速复用
	int reuse = 1;
	if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0)
	{
		ERR_MSG("setsockopt");
		return -1;
	}
	printf("允许端口快速重用成功\n");
	//绑定服务器的IP和端口号--->必须绑定( bind )
	if(bind(sfd , (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
	{
		ERR_MSG("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success\n");

	//将套接字设置为被动监听状态( listen)
	if( listen(sfd,128) < 0)
	{
		ERR_MSG("listen");
		return -1;
	}
	printf("listen success\n");

	struct sockaddr_in cin;   //存储客户端的地址信息
	socklen_t addrlen = sizeof(cin);
	int newfd = -1;
	//从已完成连接的队列中获取一个客户端信息，生成一个新的文件描述符
	//该文件描述符才是与客户端的通信的文件描述符
	//int newfd = accept(sfd, NULL ,NULL); 
	while(1)
	{
		newfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
		if(newfd < 0)
		{
			ERR_MSG("accept");
			return -1;
		}
		printf("[%s : %d]newfd=%d 客户端连接成功\n",\
				inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd);
		char buf[128]="";
		ssize_t res = 0;
		while(1)
		{
			//接收数据
			bzero(buf,sizeof(buf));
			res=recv(newfd,buf,sizeof(buf),0);
			if(res < 0)
			{
				ERR_MSG("res");
				return -1;
			}
			else if(0 == res)
			{
				printf("[%s : %d]newfd=%d 客户端已下线\n",\
						inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd);
				break;
			}
			printf("[%s : %d]newfd=%d : %s\n",\
					inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd, buf);
			//发送数据
			strcat(buf,"*_*");
			if(send(newfd,buf,sizeof(buf),0) < 0)
			{
				ERR_MSG("send");
				return -1;
			}
			printf("send succuss\n");

		}
	}
	//关闭所有文件描述符
	close(newfd);
	close(sfd);
	return 0;
}

二、并发服务器【常用】

可以同时处理多个客户端请求

父进程 / 主线程专门用于负责连接，创建子进程 / 分支线程用来与客户端交互。

1) 多进程

模型

void zombie_callBack(int sig)
{
    while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

signal(17, zombie_callback);

sfd = socket();
bind();
listen();
while(1)
{
    newfd = accept();
    if(0 == fork())
    {
        close(sfd) ;
        recv();
        send();
        close(newfd);
        exit(0);   
    }
    close(newfd);
}
close(sfd);

源码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <netinet/in.h>
#include <head.h>

#define PORT 6666               //1024-49151
#define IP "192.168.122.80"    //ifconfig查看本机ip

int deal_cli_msg(int newfd,struct sockaddr_in cin);

void handlr(int sig)
{
	while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0);
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(signal(17,handlr) == SIG_ERR)
	{
		ERR_MSG("signal");
		return -1;
	}
	printf("捕获成功\n");

	//创建流式套接字
	int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(sfd < 0)
	{
		ERR_MSG("socket");
		return -1;
	}
	printf("sfd= %d\n",sfd);                                                                                                    

	//设置端口允许端口被快速复用
	int reuse = 1;
	if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0)
	{
		ERR_MSG("setsockopt");
		return -1;
	}
	printf("允许端口快速重用成功\n");

	//填充地址信息结构体，真实的地址信息结构体根据地址族制定
	//AF_INET: man 7 ip
	struct sockaddr_in sin;
	sin.sin_family         = AF_INET;       //必须填AF_INET
	sin.sin_port           = htons(PORT);   //端口号：1024~49151(网络端口号的字节序)(端口号存储在2个字节的无符号整数中)
	sin.sin_addr.s_addr    = inet_addr(IP); //本机IP inconfig查看(本机IP地址的字节序)

	//绑定服务器的IP和端口号--->必须绑定( bind )
	if(bind(sfd , (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
	{
		ERR_MSG("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success\n");

	//将套接字设置为被动监听状态( listen)
	if( listen(sfd,128) < 0)
	{
		ERR_MSG("listen");
		return -1;
	}
	printf("listen success\n");

	struct sockaddr_in cin;   //存储客户端的地址信息
	socklen_t addrlen = sizeof(cin);
	int newfd = -1;

	pid_t cpid = 0;
	while(1)
	{
		newfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
		if(newfd < 0)
		{
			ERR_MSG("accept");
			return -1;
		}
		printf("[%s : %d]newfd=%d 客户端连接成功\n",\
				inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd);

		cpid = fork();
		if(0 == cpid)
		{
			close(sfd);
			deal_cli_msg(newfd,cin);
			exit(0);
		}
		close(newfd);
	}
	//关闭所有文件描述符
	close(sfd);
	return 0;
}

int deal_cli_msg(int newfd,struct sockaddr_in cin)
{
	char buf[128]="";
	ssize_t res = 0;
	while(1)
	{
		//接收数据
		bzero(buf,sizeof(buf));
		res=recv(newfd,buf,sizeof(buf),0);
		if(res < 0)
		{
			ERR_MSG("recv");
			return -1;
		}
		else if(0 == res)
		{
			printf("[%s : %d]newfd=%d 客户端已下线\n",\
					inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd);
			break;
		}
		printf("[%s : %d]newfd=%d : %s\n",\
				inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),newfd, buf);
		//发送数据
		strcat(buf,"*_*");
		if(send(newfd,buf,sizeof(buf),0) < 0)
		{
			ERR_MSG("send");
			return -1;
		}
		printf("send succuss\n");
	}
	close(newfd);
}

2) 多线程

模型

sfd = socket();
bind();
listen();
while(1)
{
    newfd = accept();
    pthread_create();     --> callBack();
    pthread_detach(tid);
}
close(sfd);

void* callBack(void* arg)
{
    参数另存
    recv();
    send();
    close(newfd);
    pthread_exit(NULL);
}

源码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

#define ERR_MSG(msg) do{\
    fprintf(stderr, "line:%d ", __LINE__);\
    perror(msg);\
}while(0)

#define PORT 6666               //1024~49151
#define IP  "127.0.0.1"     //IP地址，本机IP ifconfig

struct cli_msg
{
    int newfd;
    struct sockaddr_in cin;
};

void* deal_cli_msg(void* arg);

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建流式套接字
    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if(sfd < 0)
    {   
        ERR_MSG("socket");
        return -1; 
    }   
    printf("socket create success  sfd = %d\n", sfd);

    //设置允许端口快速被重用
    int resue = 1;
    if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &resue, sizeof(resue)) < 0)
    {   
        ERR_MSG("setsockopt");
        return -1; 
    }   

    //填充服务器的地址信息结构体
    //真实的地址信息结构体根据地址族执行，AF_INET: man 7 ip
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family      = AF_INET;      //必须填AF_INET;
    sin.sin_port        = htons(PORT);  //端口号的网络字节序，1024~49151
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);    //IP地址的网络字节序，ifconfig查看

    //绑定---必须绑定
    if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {   
        ERR_MSG("bind");
        return -1; 
    }   
    printf("bind success __%d__\n", __LINE__);

    //将套接字设置为被动监听状态
    if(listen(sfd, 128) < 0)
    {   
        ERR_MSG("listen");
        return -1; 
    }   
    printf("listen success __%d__\n", __LINE__);


    //功能：阻塞函数，阻塞等待客户端连接成功。
    //当客户端连接成功后，会从已完成连接的队列头中获取一个客户端信息，
    //并生成一个新的文件描述符；新的文件描述符才是与客户端通信的文件描述符
    struct sockaddr_in cin;     //存储连接成功的客户端的地址信息
    socklen_t addrlen = sizeof(cin);
    int newfd = -1; 

    pthread_t tid;
    struct cli_msg info;

    while(1)
    {   
        //主线程负责连接
        //accept函数阻塞之前，会先预选一个没有被使用过的文件描述符
        //当解除阻塞后，会判断预选的文件描述符是否被使用
        //如果被使用了，则重新遍历一个没有被用过的
        //如果没有被使用，则直接返回预先的文件描述符；
        newfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
        if(newfd < 0)
        {
            ERR_MSG("accept");
            return -1; 
        }
        printf("[%s : %d] newfd=%d 客户端连接成功\n", \
                inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd);

        info.newfd = newfd;
        info.cin = cin;

        //能运行到当前位置，则代表有客户端连接成功
        //则需要创建一个分支线程用来，与客户端交互
        if(pthread_create(&tid, NULL, deal_cli_msg, &info) != 0)
        {
            fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);
            return -1; 
        }
    
        pthread_detach(tid);        //分离线程
    }   


    //关闭所有套接字文件描述符
    close(sfd);
    return 0;
}

//线程执行体
void* deal_cli_msg(void* arg)   //void* arg = (void*)&info
{
    //必须要另存，因为同一个进程下的线程共享其附属进程的所有资源
    //如果使用全局，则会导致每次连接客户端后, newfd和cin会被覆盖
    //如果使用指针间接访问外部成员变量，也会导致，成员变量被覆盖。

    int newfd = ((struct cli_msg*)arg)->newfd;
    struct sockaddr_in cin = ((struct cli_msg*)arg)->cin;

    char buf[128] = ""; 
    ssize_t res = -1; 
    while(1)
    {   
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //接收
        res = recv(newfd, buf, sizeof(buf), 0); 
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            break;
        }
        else if(0 == res)
        {
            fprintf(stderr, "[%s : %d] newfd=%d 客户端下线\n", \
                    inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd);
            break;
        }
        printf("[%s : %d] newfd=%d : %s\n", \
                inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd, buf);

        //发送 -- 将数据拼接一个 *_* 发送回去
        strcat(buf, "*_*");
        if(send(newfd, buf, sizeof(buf), 0) < 0)
        {
            ERR_MSG("send");
            break;
        }
        printf("send success\n");
    }   
    close(newfd);

    pthread_exit(NULL);
}

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原文链接：https://blog.csdn.net/Smallxu_/article/details/132279448