47-将多进程并发服务器改成 IO 复用

只有趟过各种坑，解决了各种离奇古怪的网络编程异常，才能一步一步的提升，其次再学习新的技术，就不会感觉困惑。前面的程序，我们只是先拿客户端进行了开刀，将其修改成了 IO 多路复用模型，因为它最简单。后面我还看到，即使这样很简单，但是还有很多很多的坑等着我们去填，其中包括批量输入产生的问题，IO 缓冲与 IO 复用混合使用的问题。

在没有系统的学习前，你去趟网络这趟浑水，很可能一不小心你就犯了错误，而且这种隐秘的错误你根本发现不了，乍一看程序运行起来很正常。前辈们为我们总结了这些宝贵的经验，我们一定要汲取，不要等到工作了，写真正的项目代码的时候，再用血的教训来教会我们如何写出正确严谨的程序。

在搞定了客户端后，我们就把之前的多进程并发服务器改成单进程的 IO 复用模型的并发服务器。

1. 程序路径

代码托管在 gitos 上，请使用下面的命令获取：

git clone https://git.oschina.net/ivan_allen/unp.git

如果你已经 clone 过这个代码了，请使用 git pull 更新一下。本节程序所使用的程序路径是 unp/program/echo/multiplexing_select_server。

2. 使用 select 修改服务器

2.1 修改思路

服务器的修改并没有客户端那么容易，但是也是是很复杂。我们知道服务器主要做两件事情：

• 接收新的连接请求，主要由监听套接字来完成
• 和已连接的客户端交互数据，主要由已连接套接字来完成（accept 函数返回的那个值）

因此，服务器要使用 select 同时管理监听套接和已连接套接字。

我们需要事先准备一个 fd_set 类型的读集合 rfds，该集合保存了所有的监听套接和已连接套接字。另一方面，当 IO 事件产生时，我们需要挨个遍历 rfds 中的每个描述符，但是 rfds 并不像 C++ 中的 set 集合那么方便，它本身不提供任何一种方法来帮助我们遍历所有元素。因此，我们需要单独再使用一个数组 fds[1024] 来保存所有套接字。

2.2 伪代码

void server_routine() {   //...   // 全部初始化为 -1，表示该位置没有保存描述符   int fds[FD_SETSIZE] = { -1, /*...*/ };   fd_set rfds; // select 的参数   int maxfd, nready;   listen(listenfd);   fds[0] = listenfd;   while(1) {     // 根据数组 fds 创建一个 rfds，并返回值最大的描述符     maxfd = makefdset(fds, FD_SETSIZE, &rfds);     // nready 是发生 IO 事件的个数，伪代码不进行错误处理     nready = selece(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);      if (listenfd in rfds) {// 监听套接字有事件发生       sockfd = accept(listenfd);       // 在 fds 中寻找一个空闲的位置(值为 -1 的地方)，将已连接 sockfd 加进去       insert(fds, sockfd);       // 如果已发生事件个数减 1 后小于等于 0，说明 IO 事件已经处理完       if (--nready <= 0) continue;     }     // 处理已连接套接字上的 IO 事件     for (i = 0; i < FD_SETSIZE; ++i) {       if (fds[i] != -1 && fds[i] in rfds) {         ret = doServer(fds[i]);         // 如果 ret == 0，说明客户端主动关闭，将其从 fds 中移除         if (ret == 0) {           close(fds[i]);           fds[i] = -1;         }         // 如果 IO 事件处理完成，直接退出循环         if (--nready <= 0) break;       }     }   }}

即便是伪代码，也很长呐……

上面的代码有几点要说明一下：

第一是 FD_SETSIZE 这个宏，它是 fd_set 集合最大容量，默认大小是 1024，这意味着我们的服务器最多只能并发 1024 - 4 个连接，为什么减 4，因为要除去标准输入、标准输出、标准错误以及 listenfd 这 4 个。

第二是使用 nready 来避免无谓的循环，每次处理完一个 IO 事件，就让 nready 的值减 1，如果 nready 的值为 0 了，说明 IO 事件已经处理完，再进行循环已经没有意义。

3. 程序运行

• flower 主机上启动服务器

flower $ ./echo -s -h flower

• 在 sun 和 moon 上启动客户端

sun $ ./echo -h flower

moon $ ./echo -h flower

• 运行结果

图1 运行结果

4. 总结

• 掌握使用 IO 复用改写服务器的方法