TCP（2）

TCP

多进程版本

这段代码实现了一个 多进程版本的 TCP Echo 服务器，主要功能是接收客户端连接，并使用 父子进程模型 处理多个客户端请求。以下是详细解析：

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1. 核心功能

(1) 初始化服务器 (Init())

1. 创建监听 Socket

   _listensockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // IPv4 + TCP
   

   • 失败时记录 FATAL 日志并退出。

2. 绑定端口 (bind())

   InetAddr local(_port);  // 封装 sockaddr_in
   bind(_listensockfd, local.NetAddrPtr(), local.NetAddrLen());
   

   • 默认绑定 0.0.0.0（所有网卡）。

3. 监听连接 (listen())

   listen(_listensockfd, backlog);  // backlog=8（等待连接队列长度）
   

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(2) 处理客户端请求 (Service())

• 读取客户端数据：

  ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1);
  

  • 成功时回显 "echo#"+数据。
  • n=0：客户端断开连接。
  • n<0：读取异常，关闭连接。

• 回显数据：

  write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());
  

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(3) 启动服务器 (Run())

1. 接受客户端连接 (accept())

   int sockfd = accept(_listensockfd, CONV(peer), &len);
   

   • 失败时记录 WARNING 并继续循环。

2. 创建子进程处理连接

   pid_t id = fork();
   if (id == 0) {  // 子进程close(_listensockfd);  // 关闭不需要的监听socketif (fork() > 0) exit(OK);  // 孙子进程脱离父进程Service(sockfd, addr);     // 孙子进程处理请求exit(OK);
   } else {  // 父进程close(sockfd);  // 父进程关闭客户端socketwaitpid(id, nullptr, 0);  // 等待子进程结束（避免僵尸进程）
   }
   

   • 双 fork() 技巧：避免僵尸进程，孙子进程由 init 托管。

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2. 多进程模型解析

(1) 进程关系

父进程（主循环）├─ 子进程（立即退出）└─ 孙子进程（实际处理请求，由 init 回收）

• 目的：避免僵尸进程，无需显式 wait()。

(2) 文件描述符管理

进程	关闭的 fd	保留的 fd
父进程	sockfd（客户端）	_listensockfd
子进程	_listensockfd	sockfd
孙子进程	无	sockfd

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3. 关键优化点

(1) 避免僵尸进程

• 子进程立即退出，孙子进程由 init 回收：

  if (fork() > 0) exit(OK);  // 子进程退出，孙子进程成为孤儿进程
  

(2) 资源释放

• 父进程：关闭 sockfd（避免泄漏）。
• 子进程：关闭 _listensockfd（不需要监听）。

(3) 错误处理

• 所有系统调用检查返回值，记录日志。

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4. 潜在问题

(1) 缓冲区溢出风险

read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1);  // 正确
buffer[n] = '\0';  // 应添加此句确保字符串终止

• 当前代码 buffer[0]=0 会清空数据，应改为 buffer[n]='\0'。

(2) 高并发限制

• 多进程模型 资源消耗大，适合低并发场景。
• 改进方案：
  • 线程池（pthread + 任务队列）。
  • IO 多路复用（epoll）。

(3) 端口复用

• 服务器崩溃后可能无法立即重启（TIME_WAIT 状态）。
• 解决方案：

  int opt = 1;
  setsockopt(_listensockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
  

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5. 改进建议

(1) 增加 SO_REUSEADDR

int opt = 1;
setsockopt(_listensockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

(2) 修复 read()/write() 错误处理

if (write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size()) < 0) {LOG(LogLevel::WARNING) << "write error";break;
}

(3) 支持优雅退出

void Stop() { _isrunning = false; }  // 外部调用可停止服务器

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总结

• 功能：多进程 TCP Echo 服务器，支持并发客户端。
• 优点：
  • 避免僵尸进程（双 fork 技巧）。
  • 父子进程正确管理文件描述符。
• 缺点：
  • 进程创建开销大，不适合高并发。
  • 缓冲区处理不够安全。
• 适用场景：学习多进程网络编程，低并发 Echo 服务。

多线程版本

这段代码实际上是一个 多线程版本 的 TCP 服务器（使用了线程池），但注释中保留了 多进程版本 的实现（被注释掉的 fork() 部分）。我来解释 多进程版本 的设计含义和实现逻辑：

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1. 多进程版本的核心思想

多进程服务器通过 fork() 创建子进程来处理客户端连接，每个客户端由一个独立的进程服务。
优点：

• 进程间隔离性强，一个进程崩溃不会影响其他进程
• 适合 CPU 密集型任务（Python 的 GIL 限制就是典型例子）
• 编程模型相对简单（相比多线程）

缺点：

• 进程创建/销毁开销大（比线程重）
• 进程间通信（IPC）较复杂（需要管道、共享内存等）
• 大量并发时系统资源消耗大

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2. 代码中的多进程实现（注释部分）

pid_t id = fork();
if (id < 0) {LOG(LogLevel::FATAL) << "fork error";exit(FORK_ERR);
}
else if (id == 0) {  // 子进程close(_listensockfd);  // 子进程不需要监听socketif (fork() > 0) exit(OK);  // 孙子进程脱离父进程Service(sockfd, addr);     // 孙子进程处理请求exit(OK);
}
else {  // 父进程close(sockfd);  // 父进程不需要客户端socketpid_t rid = waitpid(id, nullptr, 0);  // 等待子进程结束(void)rid;
}

关键点解析

1. 双 fork() 技巧

   • 第一次 fork() 创建子进程，子进程再 fork() 创建孙子进程后立即退出。
   • 目的：让孙子进程被 init 进程（PID=1）接管，避免僵尸进程。

2. 文件描述符管理

   进程	关闭的 fd	保留的 fd
   父进程	sockfd（客户端）	_listensockfd
   子进程	_listensockfd	sockfd
   孙子进程	无	sockfd

3. 避免僵尸进程

   • 父进程通过 waitpid() 回收子进程（第一次 fork() 的进程）。
   • 孙子进程由 init 自动回收，无需处理。

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3. 多进程 vs 多线程（代码对比）

特性	多进程版本	当前多线程版本
并发模型	每个客户端一个进程	线程池处理多个客户端
资源隔离性	高（进程间内存隔离）	低（线程共享内存）
上下文切换开销	较大	较小
编程复杂度	中等（需处理 fork() 和 IPC）	较低（线程间共享数据方便）
适用场景	CPU 密集型任务	I/O 密集型任务

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4. 如何恢复多进程版本？

如果想恢复多进程实现，只需：

1. 取消注释 fork() 部分的代码。
2. 注释掉线程池相关的代码：

   // ThreadPool<task_t>::GetInstance()->Enqueue([this,&sockfd,&addr](){
   //     this->Service(sockfd,addr);
   // });
   

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5. 多进程版本的改进建议

1. 信号处理
   取消注释 signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，避免僵尸进程：

   signal(SIGCHLD, SIG_IGN);  // 忽略子进程退出信号
   

2. 端口复用
   添加 SO_REUSEADDR 选项，避免 TIME_WAIT 状态：

   int opt = 1;
   setsockopt(_listensockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
   

3. 进程池优化
   类似线程池，可以预创建进程池（但实现复杂，通常直接用多线程）。

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总结

• 多进程版本 通过 fork() 为每个客户端创建独立进程，适合 CPU 密集型 任务。
• 双 fork() 技巧 用于避免僵尸进程。
• 当前代码实际是 多线程+线程池 实现，更适合 高并发 I/O 密集型 场景。
• 两种模式各有优劣，选择取决于具体需求。