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刷题
服务器多客户端连接核心要点
多进程服务器
实现原理
fork子进程：每次accept新客户端后，调用fork创建子进程。- 独立处理：子进程负责与客户端通信（如
read/write），父进程继续监听新连接。
特点
- 隔离性高：进程间资源独立，避免数据竞争。
- 资源消耗大：频繁创建进程导致内存和CPU开销高。
多线程服务器
实现原理
- 创建新线程：
accept后生成线程处理客户端请求。 - 线程函数：在线程内执行
read/write操作。
特点
- 轻量级：线程共享进程资源，开销低于进程。
- 需同步机制：需使用互斥锁（
mutex）或信号量避免数据竞争。
多路I/O模型
核心问题
- 阻塞冲突：传统
accept和read相互阻塞，无法同时处理多客户端。 - 解决方案：通过非阻塞模型（
select/poll）统一监听所有描述符。
Select模型
流程
- 初始化监视列表：
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds); // 清空列表
FD_SET(server_fd, &read_fds); // 添加服务端套接字- 循环监听：
select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL); // 阻塞直至描述符激活 - 处理激活描述符：
- 遍历描述符，通过
FD_ISSET判断是否激活。 - 服务端套接字激活：调用
accept接受新客户端。 - 客户端套接字激活：调用
read读取数据。
- 遍历描述符，通过
缺点
- 效率低：每次调用需遍历所有描述符。
- 监视列表上限：默认限制1024个描述符。
Poll模型
流程
- 初始化监视列表：
struct pollfd fds[MAX_CLIENTS];
fds[0].fd = server_fd;
fds[0].events = POLLIN; // 监视可读事件- 循环监听：
poll(fds, nfds, -1); // 永久阻塞直至事件触发 - 处理激活描述符：
- 遍历
fds数组，检查revents是否为POLLIN。 - 服务端激活：
accept新客户端并加入列表。 - 客户端激活：
read数据并响应。
- 遍历
优点
- 无描述符数量限制：支持动态扩展。
- 事件类型灵活：可同时监视读写和异常事件。
模型对比
| 特性 | Select | Poll |
|---|---|---|
| 描述符上限 | 1024（系统默认） | 无限制 |
| 效率 | O(n)遍历 | O(n)遍历 |
| 事件类型 | 仅可读/可写/异常 | 支持自定义事件（如POLLIN） |
| 跨平台支持 | 广泛支持 | Linux专用 |
实际应用场景
- 作业要求：
- 服务器端：使用
poll模型处理多客户端。 - 客户端1：
select模型实现非阻塞通信。 - 客户端2：多线程处理输入/输出。
- 服务器端：使用
- 典型场景：
- 实时聊天系统：服务器通过
poll管理多个客户端会话。 - 高并发服务器：
select/poll适用于低并发场景，epoll适合高并发。
- 实时聊天系统：服务器通过
- pollk.c
#include "head.h"#define MAX_CLIENTS 10 // 最多10个客户端// 将一个拥有{描述符，监视方式，激活形式}的结构体变量fd，存入监视列表arr中，并且监视列表的长度len自增 void insert_fd(struct pollfd arr[], struct pollfd newfd, int* len) {arr[*len] = newfd; // 将新的pollfd结构体存入数组指定位置(*len)++; // 监视列表长度加1 }// 将要移除的描述符fd，从监视列表arr中删除，并且监视列表长度len自减1 void remove_fd(struct pollfd* arr, int fd, int* len) {for (int i = 0; i < *len; i++) {if (arr[i].fd == fd) { // 查找要移除的描述符在数组中的位置for (int j = i; j < *len - 1; j++) {arr[j] = arr[j + 1]; // 后面的元素向前移动，覆盖要移除的元素}break;}}(*len)--; // 监视列表长度减1 }int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) { // 检查命令行参数，确保输入了端口号printf("请输入端口号\n");return 1;}short port = atoi(argv[1]); // 将命令行输入的端口号字符串转换为short类型// 创建TCP类型的服务器套接字int server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET; // 设置地址族为IPv4addr.sin_port = htons(port); // 将端口号转换为网络字节序addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); // 监听所有可用的本地IP地址// 将套接字绑定到指定的地址和端口if (bind(server, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("bind"); return 1;}listen(server, MAX_CLIENTS); // 开始监听，设置最大等待连接数struct pollfd list[MAX_CLIENTS + 1] = {0}; // 定义pollfd结构体数组，用于存储要监视的描述符及其相关信息int list_len = 0; // 记录监视列表中描述符的数量// 准备要监视的服务器描述符（关注读事件）struct pollfd poll_server = {.fd = server,.events = POLLIN,.revents = 0};insert_fd(list, poll_server, &list_len); // 将服务器描述符加入监视列表printf("服务器启动，监听端口 %d...\n", port);while (1) {// 调用poll函数，阻塞等待监视列表中的描述符有事件发生poll(list, list_len, -1);for (int i = 0; i < list_len; i++) {int fd = list[i].fd;// 检查描述符的revents是否有读事件（POLLIN）发生if (list[i].revents & POLLIN) {if (fd == server) { // 服务器描述符有读事件，说明有新客户端连接struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);int client = accept(server, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);if (client == -1) {perror("accept");continue;}printf("新客户端连接: %d\n", client);// 准备要监视的新客户端描述符（关注读事件）struct pollfd poll_client = {.fd = client,.events = POLLIN,.revents = 0};insert_fd(list, poll_client, &list_len); // 将新客户端描述符加入监视列表} else { // 客户端描述符有读事件，说明客户端发送了数据char buf[1024] = {0};int res = read(fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) { // 处理客户端断开if (res == 0) {printf("客户端 %d 断开连接\n", fd);} else {perror("read");}close(fd);remove_fd(list, fd, &list_len); // 从监视列表中移除客户端描述符} else { // 转发数据给其他客户端for (int j = 0; j < list_len; j++) {if (list[j].fd != fd && list[j].fd != server) {write(list[j].fd, buf, res);}}}}}}}return 0; }selectk.c
#include "head.h"int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) {printf("请输入端口号\n");return 1;}int port = atoi(argv[1]);int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("connect");return 1;}fd_set rset;int max_fd = client_fd;while (1) {FD_ZERO(&rset);FD_SET(client_fd, &rset);FD_SET(0, &rset); // 监控标准输入int ret = select(max_fd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);if (ret == -1) {perror("select");continue;}if (FD_ISSET(0, &rset)) { // 处理键盘输入char buf[1024] = {0};fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strcspn(buf, "\n")] = 0; // 去除换行符 write(client_fd, buf, strlen(buf));}if (FD_ISSET(client_fd, &rset)) { // 处理接收消息char buf[1024] = {0};int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) {if (res == 0) {printf("服务器断开连接\n");} else {perror("read");}close(client_fd);return 1;}printf("收到消息: %s\n", buf);}}close(client_fd);return 0; }xiank.c
#include "head.h"void *send_msg(void *arg) {int client_fd = *(int *)arg;while (1) {char buf[1024] = {0};fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strcspn(buf, "\n")] = 0; // 去除换行符write(client_fd, buf, strlen(buf));} }void *recv_msg(void *arg) {int client_fd = *(int *)arg;while (1) {char buf[1024] = {0};int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) { // 处理服务器断开if (res == 0) {printf("服务器断开连接\n");} else {perror("read");}close(client_fd);pthread_exit(NULL);}printf("收到消息: %s\n", buf);} }int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) {printf("请输入端口号\n");return 1;}int port = atoi(argv[1]);int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("connect");return 1;}pthread_t send_tid, recv_tid;pthread_create(&send_tid, NULL, send_msg, &client_fd); // 启动发送线程pthread_create(&recv_tid, NULL, recv_msg, &client_fd); // 启动接收线程pthread_join(send_tid, NULL);pthread_join(recv_tid, NULL);close(client_fd);return 0; }
总结：多进程/线程适合简单场景，多路I/O模型（select/poll）通过非阻塞监听提升效率，需根据并发需求选择模型。