現(xiàn)在大家在和Java, PHP, .net寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)，都會(huì)用到一些成熟的服務(wù)框架，所以開(kāi)發(fā)效率是比較高的。而在用C/C++寫(xiě)服務(wù)器程序時(shí)，用的就五花八門(mén)了，有些人用ACE, 有些人用ICE（號(hào)稱比ACE強(qiáng)許多），等等，這類服務(wù)器框架及庫(kù)比較豐富，但入門(mén)門(mén)檻比較高，所以更多的人是自己直接寫(xiě)服務(wù)器程序，初始寫(xiě)時(shí)覺(jué)得比較簡(jiǎn)單，可時(shí)間久了，便會(huì)覺(jué)得難以擴(kuò)展，性能低，容易出錯(cuò)。其實(shí)，Postfix 作者為我們提供了一個(gè)高效、穩(wěn)定、安全的服務(wù)器框架模型，雖然Postfix主要用作郵件系統(tǒng)的 mta，但其框架設(shè)計(jì)卻非常具有通用性。ACL(http://acl.sourceforge.net/) 的作者將Postfix的服務(wù)器框架模型抽取出來(lái)，形成了更加通用的服務(wù)器程序開(kāi)發(fā)框架，使程序員在編寫(xiě)服務(wù)器程序時(shí)可以達(dá)到事半功倍的效果。本文主要介紹了ACL中acl_master服務(wù)器程序（基于Postifx服務(wù)器程序框架）的設(shè)計(jì)及功能。

　　二、框架設(shè)計(jì)圖

　　如下圖所示：

　　圖1--框架圖

　　　　 master主進(jìn)程為控制進(jìn)程，剛啟動(dòng)時(shí)其負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)所有端口服務(wù)，當(dāng)有新的客戶端連接到達(dá)時(shí)，master便會(huì)啟動(dòng)子進(jìn)程進(jìn)行服務(wù)，而自己依然監(jiān)控服務(wù)端口，同時(shí)監(jiān)控子進(jìn)程的工作狀態(tài)；而提供對(duì)外服務(wù)的子進(jìn)程在master啟動(dòng)時(shí)，若沒(méi)有請(qǐng)求任務(wù)則不會(huì)被啟動(dòng)，只有當(dāng)有連接或任務(wù)到達(dá)時(shí)才會(huì)被master 啟動(dòng)，當(dāng)該服務(wù)子進(jìn)程處理完某個(gè)連接服務(wù)后并不立即退出，而是駐留在系統(tǒng)一段時(shí)間，等待可能的新連接到達(dá)，這樣當(dāng)有新的連接到達(dá)時(shí)master就不會(huì)啟動(dòng)新的子進(jìn)程，因?yàn)橐呀?jīng)有處于空閑的子進(jìn)程在等待下一個(gè)連接請(qǐng)求；當(dāng)服務(wù)子進(jìn)程空閑時(shí)間達(dá)一定閥值后，就會(huì)選擇退出，將資源全部歸還操作系統(tǒng)（當(dāng)然，也可以配置成服務(wù)子進(jìn)程永不退出的模式）。因此，可以稱這種服務(wù)器框架為協(xié)作式半駐留式服務(wù)器框架，下面將會(huì)對(duì)協(xié)作式和半駐留作進(jìn)一步介紹。

　　三、協(xié)作方式

　　Postfix服務(wù)器框架設(shè)計(jì)的非常巧妙，因?yàn)閙aster畢竟屬于用戶空間進(jìn)程，不能象操作系統(tǒng)那樣可以控制每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間片，所以master主進(jìn)程必須與其服務(wù)子進(jìn)程之間協(xié)作好，以處理好以下幾個(gè)過(guò)程：

　　1）新連接到達(dá)時(shí)，master是該啟動(dòng)新的子進(jìn)程接管該連接還是由空閑子進(jìn)程直接接管

　　2）master何時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)新的子進(jìn)程

　　3）新連接到達(dá)，空閑子進(jìn)程池中的子進(jìn)程如何競(jìng)爭(zhēng)接管該連接

　　4）子進(jìn)程異常退出時(shí)，master如何處理新連接

　　5）空閑子進(jìn)程如何選擇退出時(shí)間（空閑時(shí)間或服務(wù)次數(shù)應(yīng)決定子進(jìn)程的退出）

　　6）master如何知道各個(gè)子進(jìn)程的工作狀態(tài)（是死了還是活著？）

　　7）在不停止服務(wù)的前提下，服務(wù)子進(jìn)程程序如果在線更新、如何添加新的服務(wù)、如何在線更新子進(jìn)程配置

　　8）如何減少所有子進(jìn)程與master之間的通訊次數(shù)從而降低master的負(fù)載

　　四、流程圖

　　1)　 master主進(jìn)程流程圖

　　圖2--master進(jìn)程流程圖

　　Postifx 中的 master 主進(jìn)程與各個(gè)子進(jìn)程之間的IPC通訊方式為管道，所以管道的個(gè)數(shù)與子進(jìn)程數(shù)是成正比的。如果管道中斷，則 master 認(rèn)為該管道所對(duì)應(yīng)的子進(jìn)程已經(jīng)退出，如果是異常退出，master還需要標(biāo)記該服務(wù)類子進(jìn)程池以防止該類子進(jìn)程異常退出頻繁而啟動(dòng)也異常頻繁（如果子進(jìn)程啟動(dòng)過(guò)于頻繁則會(huì)給操作系統(tǒng)造成巨大負(fù)載）；另外，如果某類服務(wù)的子進(jìn)程在服務(wù)第一個(gè)連接時(shí)就異常退出，則master認(rèn)為該服務(wù)有可能是不可用的，所以當(dāng)有新的連接再到達(dá)時(shí)就會(huì)延遲啟動(dòng)該服務(wù)子進(jìn)程。

　　當(dāng)服務(wù)子進(jìn)程池中有空閑子進(jìn)程時(shí)，master便會(huì)把該服務(wù)端口的監(jiān)聽(tīng)權(quán)讓出，從而該服務(wù)的空閑子進(jìn)程在該服務(wù)端口上接收新的連接。當(dāng)某個(gè)子進(jìn)程獲得新的連接后便會(huì)立即通知master其已經(jīng)處于忙狀態(tài)，master便立即查找該服務(wù)的子進(jìn)程進(jìn)程池還有無(wú)空閑子進(jìn)程，如果有則master依然不會(huì)接管該服務(wù)端口的監(jiān)聽(tīng)任務(wù)；如果沒(méi)有了，則master立即接管該服務(wù)端口的監(jiān)聽(tīng)任務(wù)，當(dāng)有新的連接到達(dá)時(shí)，master先檢查有沒(méi)有該服務(wù)的空閑進(jìn)程，若有便讓出該服務(wù)端口的監(jiān)聽(tīng)權(quán)，若沒(méi)有便會(huì)啟動(dòng)新的子進(jìn)程，然后讓出監(jiān)聽(tīng)權(quán)。

　　2)　 服務(wù)子進(jìn)程流程圖

　　圖3--子進(jìn)程流程圖

　　在master主進(jìn)程剛啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)闆](méi)有任何服務(wù)請(qǐng)求，所以子進(jìn)程是不隨master一起啟動(dòng)的，此時(shí)所有服務(wù)端口的監(jiān)控工作是由master統(tǒng)一負(fù)責(zé)，當(dāng)有客戶端連接到達(dá)時(shí)，服務(wù)子進(jìn)程才由master啟動(dòng)，進(jìn)而接收該新連接，在進(jìn)一步處理客戶端請(qǐng)求前，子進(jìn)程必須讓master進(jìn)程知道它已經(jīng)開(kāi)始" 忙"了，好由master來(lái)決定是否再次接管該服務(wù)端口的監(jiān)控任務(wù)，所以子進(jìn)程首先向master發(fā)送“忙”消息，然后才開(kāi)始接收并處理該客戶端請(qǐng)求，當(dāng)子進(jìn)程完成了對(duì)該客戶端的請(qǐng)求任務(wù)后，需向master發(fā)送“空閑”消息，以表明自己又可以繼續(xù)處理新的客戶端連接任務(wù)了。這一“忙”一“閑”兩個(gè)消息，便體現(xiàn)了服務(wù)子進(jìn)程與master主進(jìn)程的協(xié)作特點(diǎn)。

　　當(dāng)然，服務(wù)子進(jìn)程可以選擇合適的退出時(shí)機(jī)：如果自己的服務(wù)次數(shù)達(dá)到配置的閥值，或自己空閑時(shí)間達(dá)到閥值，或與master主進(jìn)程之間的IPC管道中斷(一般是由master停止服務(wù)要求所有服務(wù)子進(jìn)程退出時(shí)或master要求所有服務(wù)子進(jìn)程重讀配置時(shí)而引起的)，則服務(wù)子進(jìn)程便應(yīng)該結(jié)束運(yùn)行了。這個(gè)停止過(guò)程，一方面體現(xiàn)了子進(jìn)程與master主進(jìn)程之間的協(xié)作特點(diǎn)，另一方面也體現(xiàn)了子進(jìn)程半駐留的特點(diǎn)，從而體現(xiàn)子進(jìn)程進(jìn)程池的半駐留特性，這一特性的最大好處就是：按需分配，當(dāng)請(qǐng)求連接比較多時(shí)，所啟動(dòng)運(yùn)行的子進(jìn)程就多，當(dāng)請(qǐng)求連接任務(wù)較少時(shí)，只有少數(shù)的子進(jìn)程在運(yùn)行，其它的都退出了。

　　3) 小結(jié)

　　以上從整體上介紹了Postfix服務(wù)器框架模型中master主進(jìn)程與服務(wù)子進(jìn)程的邏輯流程圖，當(dāng)然，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)與細(xì)節(jié)遠(yuǎn)比上面介紹的要復(fù)雜，只是這些復(fù)雜層面別人已經(jīng)幫我們屏蔽了，我們所要做的是在此基礎(chǔ)上寫(xiě)出自己的應(yīng)用服務(wù)來(lái)，下面簡(jiǎn)要介紹了基于Postfix的服務(wù)器框架改造抽象的ACL庫(kù)中服務(wù)器程序的開(kāi)發(fā)方式，以使大家比較容易上手。

　　五、五種服務(wù)器框架模板簡(jiǎn)介

　　要想使用ACL服務(wù)器框架庫(kù)開(kāi)發(fā)服務(wù)器程序，首先介紹兩個(gè)個(gè)小名詞：acl_master服務(wù)器主進(jìn)程與服務(wù)器模板。acl_master服務(wù)器主進(jìn)程與 Postfix中的master主進(jìn)程功能相似，它的主要作用是啟動(dòng)并控制所有的服務(wù)子進(jìn)程，這個(gè)程序不用我們寫(xiě)，是ACL服務(wù)器框架中已經(jīng)寫(xiě)好的；所謂服務(wù)器模板，就是我們需要根據(jù)自己的需要從ACL服務(wù)器框架中選擇一種服務(wù)器模型(即服務(wù)器模板)，然后在編寫(xiě)服務(wù)器時(shí)按該服務(wù)器模板的方式寫(xiě)即可。為什么還要選擇合適的服務(wù)器框架模板？這是因?yàn)镻ostfix本身就提供了三類服務(wù)器應(yīng)用形式(單進(jìn)程單連接進(jìn)程池、單進(jìn)程多連接進(jìn)程池、觸發(fā)器進(jìn)程池)，這三類應(yīng)用形式便分別使用了Postfix中的三種服務(wù)器模板，此外，ACL中又增加了兩種服務(wù)器應(yīng)用形式(多線程進(jìn)程池、單進(jìn)程非阻塞進(jìn)程池)。下面分別就這五種服務(wù)器框架模板一一做簡(jiǎn)介：

　　1) 單進(jìn)程單連接進(jìn)程池：由 acl_master 主進(jìn)程啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程組成進(jìn)程池提供某類服務(wù)，但每個(gè)進(jìn)程每次只能處理一個(gè)客戶端連接請(qǐng)求

　　2) 單進(jìn)程多連接進(jìn)程池：由 acl_master 主進(jìn)程啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程組成進(jìn)程池提供某類服務(wù)，而每個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)處理多個(gè)客戶端連接請(qǐng)求

　　3) 觸發(fā)器進(jìn)程池：由 acl_master 主進(jìn)程啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程組成進(jìn)程池提供定時(shí)器類服務(wù)(類似于UNIX中的cron)，當(dāng)某個(gè)定時(shí)器時(shí)間到達(dá)時(shí)，便由一個(gè)進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行處理任務(wù)

　　4) 多線程進(jìn)程池：由 acl_master 主進(jìn)程啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程組成進(jìn)程池提供某類服務(wù)，而每個(gè)進(jìn)程是由多個(gè)線程組成，每個(gè)線程處理一個(gè)客戶端連接請(qǐng)求

　　5) 單進(jìn)程非阻塞進(jìn)程池：由 acl_master 主進(jìn)程啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程組成進(jìn)程池提供某類服務(wù)，每個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)處理多個(gè)連接(類似于Nginx, Lighttpd, Squid, Ircd)，由于采用非阻塞技術(shù)，該模型服務(wù)器的并發(fā)處理能力大大提高，同時(shí)系統(tǒng)資源消耗也最小；當(dāng)然，該模型與單進(jìn)程多連接進(jìn)程池采用的技術(shù)都是非阻塞技術(shù)，但該模型進(jìn)行更多的應(yīng)用封裝與高級(jí)處理，使編寫(xiě)非阻塞程序更加容易

　　以上五種服務(wù)器方式中，由于可以根據(jù)需要配置成多個(gè)進(jìn)程實(shí)例，所以可以充分地利用多核的系統(tǒng)。其中，第5種的運(yùn)行效率是最高的，當(dāng)然其編程的復(fù)雜度要比其它的高，而第1種是執(zhí)行效率最低的，其實(shí)它也是最安全的(在Postfix中的smtpd/smtp 等進(jìn)程就屬于這一類)，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，第4種在運(yùn)行效率與編寫(xiě)復(fù)雜度方面是一個(gè)比較好的折衷，所以在寫(xiě)一般性服務(wù)器時(shí)，該服務(wù)器模型是作者推薦的方案，此外，第4種方案還有一個(gè)好處，可以做到對(duì)于空連接不必占用線程，這樣也大大提供了并發(fā)度(即線程數(shù)可以遠(yuǎn)小于連接數(shù))。

　　六、使用簡(jiǎn)介

　　本節(jié)暫不介紹具體的編程過(guò)程，只是介紹一些配置使用過(guò)程。假設(shè)已經(jīng)寫(xiě)好了服務(wù)器程序：echo_server, 該程序可以采用上面的 1), 2), 4), 5) 中的任一服務(wù)器模型來(lái)寫(xiě)，假設(shè)采用了第4)種；另外，還假設(shè)：acl_master等所有文件安裝的根目錄為 /opt/acl/, 主進(jìn)程程序 acl_master 及 echo_server 安裝在 /opt/acl/libexec/,　 acl_master 主程序配置文件安裝在 /opt/acl/conf/，echo_server 配置文件安裝在 /opt/acl/conf/service/, 日志文件目錄為 /opt/acl/var/log/, 進(jìn)程號(hào)文件目錄為 /opt/acl/var/pid/。比如，你讓 echo_server 的服務(wù)端口為 6601，服務(wù)地址為 127.0.0.1, 它只是提供簡(jiǎn)單的 echo 服務(wù)。

　　你可以運(yùn)行 /opt/acl/sh/start.sh 腳本來(lái)啟動(dòng) acl_master 主進(jìn)程(用 ps -ef|grep acl_master 會(huì)看到 acl_master 進(jìn)程存在 ，但 ps -ef|grep echo_server 卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它的存在)，然后你在一個(gè)Unix終端上 telnet 127.0.0.1 6601, 在另一個(gè)終端上 ps -ef|grep echo_server 就會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè) echo_server子進(jìn)程了，然后在 telnet 6601 的終端上隨便輸入一些字符串，便會(huì)立即得到回復(fù)，關(guān)閉該 telnet 連接，用 ps -ef|grep echo_server 會(huì)發(fā)現(xiàn)該進(jìn)程依然存在，當(dāng)再次 telnet 127.0.0.1 6601 時(shí)，該echo_server進(jìn)程又繼續(xù)為新連接提供服務(wù)了。可以試著多開(kāi)幾個(gè)終端同時(shí) telnet 127.0.0.1 6601，看看運(yùn)行效果如何？

　　注意，服務(wù)子進(jìn)程的配置文件格式需要與其所采用的模板類型一致；進(jìn)程池中最大進(jìn)程個(gè)數(shù)、進(jìn)程中線程池最大線程個(gè)數(shù)、進(jìn)程最大服務(wù)次數(shù)、空閑時(shí)間等都是可以以配置文件中指定的。