《Linux 网络编程四：TCP 并发服务器：构建模式、原理及关键技术（select ）》
一、TCP 并发服务器相关知识梳理
单循环服务器与并发服务器概念
单循环服务器
服务端在同一时刻仅能处理一个客户端的任务。并发服务器
服务端在同一时刻能够处理多个客户端的任务。
TCP 并发服务器构建方式
多进程方式
资源开销大，但安全性高。
多线程方式
相较于进程，线程资源开销小。在相同资源环境下，并发量比进程大。
线程池方式
解决多线程或多进程模型中，服务器运行过程里频繁创建和销毁线程（进程）所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，构建一套多线程框架。
IO 多路复用方式
原理：对多个文件描述符的读写操作可复用一个进程。在不创建新进程和线程的前提下，利用一个进程实现对多个文件读写的同时监测。例如，阻塞 IO 模式下，多个任务呈现同步效果。
IO 多路复用具体实现
select
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);- 创建文件描述符集合
fd_set。 - 使用
FD_SET()函数添加关注的文件描述符到集合。 - 通过
select()函数将集合表传递给内核，内核开始监测事件。 - 当内核监测到事件时，应用层的
select将解除阻塞，并获取相关事件结果。 - 根据
select返回的结果进行不同的任务处理。
相关函数
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set);select 函数详情
- 功能：传递文件描述符结合表给内核并等待获取事件结果。
- 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：设置超时时间，若为NULL，则无超时。
- 返回值：
- 成功：返回事件个数。
- 失败：返回 -1。
- 0：超时且无事件发生。
poll 和 epoll
- poll：基于事件驱动，支持更多文件描述符。
- epoll：高效管理大量连接，适用于高并发场景。
构建方式对比
| 构建方式 | 资源开销 | 安全性 | 并发量 | 解决问题 |
|---|---|---|---|---|
| 多进程 | 大 | 高 | 较低 | / |
| 多线程 | 小 | 中 | 较高 | / |
| 线程池 | 中 | 较高 | 高 | 减少创建销毁开销 |
| IO 多路复用 | 低 | 依赖场景 | 高 | 单进程监测多文件 |
二、代码
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#endif1.并发服务器（进程）
#include "head.h"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50001);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;}ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void wait_handler(int signo)
{wait(NULL);
}int main(int argc, char const *argv[])
{signal(SIGCHLD, wait_handler);struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){return -1;}pid_t pid = fork();if(pid > 0){}else if(0 == pid){char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));size_t cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){return -1;}else if(0 == cnt){printf("[%s : %d] : offline\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));break;}printf("[%s : %d] : %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buff);strcat(buff, "-------ok");cnt = send(connfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){return -1;}}close(connfd);}}close(sockfd);return 0;
}
2.并发服务器（线程）
#include "head.h"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}//允许绑定处于TIME_WAIT状态的地址，避免端口占用问题：int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50001);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;}ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void *task(void *arg)
{ int connfd = *(int *)arg;char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));size_t cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){break;}else if(0 == cnt){printf("offline\n");break;}printf("%s\n", buff);strcat(buff, "-------ok");cnt = send(connfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){break;}}close(connfd);
}int main(int argc, char const *argv[])
{ pthread_t tid; struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){return -1;}pthread_create(&tid, NULL, task, &connfd);pthread_detach(tid);}close(sockfd);return 0;
}
3.select实现并发服务器
#include "head.h"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}//允许绑定处于TIME_WAIT状态的地址，避免端口占用问题：int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50001);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;}ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}int main(int argc, char const *argv[])
{char buff[1024] = {0};struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();fd_set rdfds;fd_set rdfdstmp;FD_ZERO(&rdfds);FD_SET(sockfd, &rdfds);int maxfd = sockfd;while(1){rdfdstmp = rdfds;int cnt = select(maxfd + 1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if(cnt < 0){perror("select error");return -1;}if (FD_ISSET(sockfd, &rdfdstmp)){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (connfd < 0){perror("accept error");return -1;}FD_SET(connfd, &rdfds);maxfd = maxfd > connfd ? maxfd : connfd;}for (int i = sockfd+1; i <= maxfd; i++){if (FD_ISSET(i, &rdfdstmp)){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t cnt = recv(i, buff, sizeof(buff), 0);if (cnt < 0){perror("recv error");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}else if (0 == cnt){FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}printf("%s\n", buff);strcat(buff, "--->ok");cnt = send(i, buff, strlen(buff), 0);if (cnt < 0){perror("send error");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}}}}close(sockfd);return 0;
}