TCP并发服务器构建-EW帮帮网

TCP并发服务器

单循环服务器：服务端同一时刻只能处理一个客户端的任务

并发服务器：服务端同一时刻可以处理多个客户端的任务

1 TCP服务端并发模型

1.1 多进程（fork）

父进程监听端口，每接一个客服端就fork子进程处理该连接

优点：个进程独立，稳定性和安全性高（子进程崩溃不影响父进程）

缺点：

1.2 多线程（pthread）

主线程监听端口，每接一个客户端就创建子线程处理该连接

优点：线程开销资源比进程小，相同资源环境下，并发量比进程大。

内存共享方便

1.3 线程池

为了解决多线程或者多进程模型，在服务器运行过程，频繁创建和销毁线程（进程）带来的时间消耗问题。

基于生产者和消费者编程模型，以及任务队列等，实现的一套多线程框架。

1.4 I/O多路复用

2.多进程模型

操作步骤：

1.主进程从初始化：创建监听socket()、绑定端口bind()、设置监听队列listen()。

2.循环等待连接：主进程accept()阻塞等待客户端连接，成功后获得通信套接字。

3.创建子进程处理连接：主进程调用fork()创建子进程，子进程继承通信套接字，负责与客户端收发数据（recv()/send()）。

主进程关闭监听套接字，回到accept()继续等待新连接。

4。子进程资源回收：子进程处理完客户端请求后退出，主进程需通过wait()/waitpid()回收子进程资源，避免产生“僵尸进程”

优点：个进程独立，稳定性和安全性高（子进程崩溃不影响父进程）

缺点：

3.多线程

        主线程创建监听套接字，循环等待客户端连接

        每接收到一个客户端连接，创建新线程处理该客户端的通信

        子线程负责与客户端的读写交互，主线程继续等待新连接

优点：

缺点：

4. IO多路复用

I-->O：fd
对多个文件描述符的读写可以复用一个进程。

在不创建新的进程和线程的前提下，使用一个进程实现对多个文件读写的同时监测。

fgets(stdin);
recv(connfd);
阻塞IO模式：
1. 多个任务之间是同步的效果

（1）select

（2）poll

（3）epoll

4.1 select实现IO多路复用

select通过监控多个文件描述符的读写/异常事件，实现单进程/线程同时处理多个I/O操作，核心是阻塞等待多个FD就绪，避免为每个FD单独创建进程线程。

4.1.1 操作流程

1. 创建文件描述符集合 fd_set

2. 添加关注的文件描述符到集合 FD_SET();

3. 使用select传递集合表给内核，内核开始监测事件 select()

4. 当内核监测到事件时，应用层select将解除阻塞，并获得相关的事件结果

5. 根据select返回的结果做不同的任务处理

关键函数与参数

#include <sys/select.h>

核心函数：监控 FD 集合，返回就绪 FD 数量（超时返回0，错误返回-1）

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writedfds, 
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

参数：
        nfds ： 关注的最大文件描述符+1
        readfds：读事件的文件描述符集合
        writefds：写事件的文件描述符集合
        exceptfds：其他事件的文件描述符集合
        timeout：设置select监测时的超时时间
        NULL ： 不设置超时时间（select一直阻塞等待）

辅助宏：操作 fd_set 集合

void FD_ZERO(fd_set *set);           清空集合（初始化必做）
void FD_SET(int fd, fd_set *set);    将 FD 加入集合
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);    将 FD 从集合中移除
int FD_ISSET(int fd, fd_Set *set);   检查 FD 是否在“就绪”集合中（返回0表示就绪）

select特点：

1.使用位图实现对文件描述符集合的保存，最多允许同时监测1024个文件描述符。

2.需要应用层和内核层的反复数据（文件描述符集合表）拷贝。

3.返回的集合表需要需要遍历寻找到达的事件。

4.只能工作在水平触发模式（低速模式），不能工作在边沿触发模式（高速模式）。

epoll特点：

1.使用红黑树（二叉树）实现文件描述符集合的存储，没有文件描述符上限限制，提高查找小琉球。

epoll：

1. 创建文件描述符集合： int epoll_create(int size);

2. 添加关注的文件描述符：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

3. epoll通知内核开始进行事件监测：int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

4. epoll返回时，获取到达事件的结果

5. 根据到达事件做任务处理

函数原型:
#include <sys/epoll.h>

int eopll_create(int size);
功能:

通知内核创建文件描述符集合
参数：
size：监测的文件描述符个数
返回值：
成功：文件描述符（代表内核创建的集合）
失败：-1,errno

函数原型：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能：

对epoll的文件描述符集合进行操作
参数：
epfd：由epoll_create()创建的epoll文件描述符
op：对文件描述符集合进行的操作
EPOLL_CTL_ADD ：添加文件描述符到集合
EPOLL_CTL_MOD ：修改集合中的文件描述符
EPOLL_CTL_DEL ：删除集合中的文件描述符
fd：要操作的文件描述符
event：文件描述符对应的事件
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 */
};
events：文件描述符的事件：
EPOLLIN：读事件
EOPLLOUT：写事件
data.fd : 关注的文件描述符

返回值：
成功：0
失败：-1
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);
功能：通知内核开始监测文件描述符的事件
参数：
epfd：监测的文件描述符集合
events：保存返回的到达事件的结果（数组）
struct epoll_event evs[MAX_FD_CNT]；
evs;
maxevents：最大的事件个数
timeout：监测的超时时间
-1 ：不设置超时（一直阻塞）

返回值：
成功：到达的事件的个数
失败：-1

epoll

1.创建文件描述符集合：int epoll_create(int size);

int epoll_create(int size);

功能：通知内核创建文件描述符集合

参数：

size：检测的文件描述符个数

返回值：

成功：文件描述符（代表内核创建的集合）

失败：-1，errno

int epoll_ctl(int epfd, int op, struct epoll_event *evtt

ent)

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