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Linux網絡編程--9. 服務器模型
學習過《軟件工程》吧.軟件工程可是每一個程序員"必修"的課程啊.如果你沒有學習過, 建議你去看一看.
在這一章里面,我們一起來從軟件工程的角度學習網絡編程的思想.在我們寫程序之前,
我們都應該從軟件工程的角度規劃好我們的軟件,這樣我們開發軟件的效率才會高.
在網絡程序里面,一般的來說都是許多客戶機對應一個服務器.為了處理客戶機的請求,
對服務端的程序就提出了特殊的要求.我們學習一下目前最常用的服務器模型.
循環服務器:循環服務器在同一個時刻只可以響應一個客戶端的請求
并發服務器:并發服務器在同一個時刻可以響應多個客戶端的請求
9.1 循環服務器:UDP服務器
UDP循環服務器的實現非常簡單:UDP服務器每次從套接字上讀取一個客戶端的請求,處理, 然后將結果返回給客戶機.
可以用下面的算法來實現.
socket(...);
bind(...);
while(1)
{
recvfrom(...);
process(...);
sendto(...);
}
因為UDP是非面向連接的,沒有一個客戶端可以老是占住服務端. 只要處理過程不是死循環, 服務器對于每一個客戶機的請求總是能夠滿足.
9.2 循環服務器:TCP服務器
TCP循環服務器的實現也不難:TCP服務器接受一個客戶端的連接,然后處理,完成了這個客戶的所有請求后,斷開連接.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
}
TCP循環服務器一次只能處理一個客戶端的請求.只有在這個客戶的所有請求都滿足后, 服務器才可以繼續后面的請求.這樣如果有一個客戶端占住服務器不放時,其它的客戶機都不能工作了.因此,TCP服務器一般很少用循環服務器模型的.
9.3 并發服務器:TCP服務器
為了彌補循環TCP服務器的缺陷,人們又想出了并發服務器的模型. 并發服務器的思想是每一個客戶機的請求并不由服務器直接處理,而是服務器創建一個 子進程來處理.
算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
if(fork(..)==0)
{
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
exit(...);
}
close(...);
}
TCP并發服務器可以解決TCP循環服務器客戶機獨占服務器的情況. 不過也同時帶來了一個不小的問題.為了響應客戶機的請求,服務器要創建子進程來處理. 而創建子進程是一種非常消耗資源的操作.
9.4 并發服務器:多路復用I/O
為了解決創建子進程帶來的系統資源消耗,人們又想出了多路復用I/O模型.
首先介紹一個函數select
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,
fd_set *except fds,struct timeval *timeout)
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
一般的來說當我們在向文件讀寫時,進程有可能在讀寫出阻塞,直到一定的條件滿足.
比如我們從一個套接字讀數據時,可能緩沖區里面沒有數據可讀(通信的對方還沒有
發送數據過來),這個時候我們的讀調用就會等待(阻塞)直到有數據可讀.如果我們不 希望阻塞,我們的一個選擇是用select系統調用.
只要我們設置好select的各個參數,那么當文件可以讀寫的時候select回"通知"我們 說可以讀寫了.
readfds所有要讀的文件文件描述符的集合
writefds所有要的寫文件文件描述符的集合
exceptfds其他的服要向我們通知的文件描述符
timeout超時設置.
nfds所有我們監控的文件描述符中最大的那一個加1
在我們調用select時進程會一直阻塞直到以下的一種情況發生. 1)有文件可以讀.2)有文件可以寫.3)超時所設置的時間到.
為了設置文件描述符我們要使用幾個宏. FD_SET將fd加入到fdset
FD_CLR將fd從fdset里面清除
FD_ZERO從fdset中清除所有的文件描述符
FD_ISSET判斷fd是否在fdset集合中
使用select的一個例子
int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;
maxfd=readfd[0];
for(i=1;i
if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
while(1)
{
/* 將所有的文件描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);
for(i=0;i
FD_SET(readfd[i],*my_readfd);
/* 進程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
/* 有東西可以讀了 */
for(i=0;i
if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
{
/* 原來是我可以讀了 */
we_read(readfd[i]);
}
}
}
使用select后我們的服務器程序就變成了.
初始話(socket,bind,listen);
while(1)
{
設置監聽讀寫文件描述符(FD_*);
調用select;
如果是傾聽套接字就緒,說明一個新的連接請求建立
{
建立連接(accept);
加入到監聽文件描述符中去;
}
否則說明是一個已經連接過的描述符
{
進行操作(read或者write);
}
}
多路復用I/O可以解決資源限制的問題.著模型實際上是將UDP循環模型用在了TCP上面. 這也就帶來了一些問題.如由于服務器依次處理客戶的請求,所以可能會導致有的客戶 會等待很久.
9.5 并發服務器:UDP服務器
人們把并發的概念用于UDP就得到了并發UDP服務器模型. 并發UDP服務器模型其實是簡單的.和并發的TCP服務器模型一樣是創建一個子進程來處理的 算法和并發的TCP模型一樣.
除非服務器在處理客戶端的請求所用的時間比較長以外,人們實際上很少用這種模型.
9.6 一個并發TCP服務器實例
#include
#include
#include
#include
#include
#define MY_PORT 8888
int main(int argc ,char **argv)
{
int listen_fd,accept_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
int n;
if((listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
printf("Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
client_addr.sin_family=AF_INET;
client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
n=1;
/* 如果服務器終止后,服務器可以第二次快速啟動而不用等待一段時間 */
setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("Bind Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
listen(listen_fd,5);
while(1)
{
accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
continue;
else if(accept_fd<0)
{
printf("Accept Error:%s\n\a",strerror(errno));
continue;
}
if((n=fork())==0)
{
/* 子進程處理客戶端的連接 */
char buffer[1024];
close(listen_fd);
n=read(accept_fd,buffer,1024);
write(accept_fd,buffer,n);
close(accept_fd);
exit(0);
}
else if(n<0)
printf("Fork Error:%s\n\a",strerror(errno));
close(accept_fd);
}
}
你可以用我們前面寫客戶端程序來調試著程序,或者是用來telnet調試