LINUX环境并发服务器的三种实现模型

来源:互联网 发布:淘宝一件代发发货地址 编辑:程序博客网 时间:2024/03/29 19:13
LINUX环境并发服务器的三种实现模型

1  循环服务器与并发服务器模型

在网络程序里面,一般来说都是许多客户对应一个服务器,为了处理客户的请求,对服务端的程序就提出了特殊的要求。

目前最常用的服务器模型有:

·循环服务器:服务器在同一时刻只能响应一个客户端的请求

·并发服务器:服务器在同一时刻可以响应多个客户端的请求

1.1 UDP循环服务器的实现方法:

UDP循环服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求->处理->然后将结果返回给客户机。

因为UDP是非面向连接的,没有一个客户端可以老是占住服务端。只要处理过程不是死循环,服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。

UDP循环服务器模型为:

socket(...);

bind(...);

while(1)
{

   recvfrom(...);

   process(...);

   sendto(...);
}

1.2 TCP循环服务器的实现方法

TCP循环服务器接受一个客户端的连接,然后处理,完成了这个客户的所有请求后,断开连接。TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求,只有在这个客户的所有请求满足后,服务器才可以继续后面的请求。如果有一个客户端占住服务器不放时,其它的客户机都不能工作了,因此,TCP服务器一般很少用循环服务器模型的

TCP循环服务器模型为:

socket(...);

bind(...);

listen(...);

while(1)
{

   accept(...);

   process(...);

   close(...);
}

 

2 三种并发服务器实现方法

一个好的服务器,一般都是并发服务器。并发服务器设计技术一般有:多进程服务器、多线程服务器、I/O复用服务器等。

2.1 多进程并发服务器

在Linux环境下多进程的应用很多,其中最主要的就是网络/客户服务器。多进程服务器是当客户有请求时 ,服务器用一个子进程来处理客户请求。父进程继续等待其它客户的请求。这种方法的优点是当客户有请求时 ,服务器能及时处理客户 ,特别是在客户服务器交互系统中。对于一个 TCP服务器,客户与服务器的连接可能并不马上关闭 ,可能会等到客户提交某些数据后再关闭 ,这段时间服务器端的进程会阻塞 ,所以这时操作系统可能调度其它客户服务进程。比起循环服务器大大提高了服务性能。

TCP多进程并发服务器

TCP并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理,而是由服务器创建一个子进程来处理。

服务器端


#define MAX_SIZE 512

int myrecv_message(int fd)
{
    char buf[MAX_SIZE];
    int n;

    while (1)
    {
        n = recv(fd , buf , sizeof(buf) , 0);
        if (!strncmp(buf , "quit" , 4))
        {
            kill(getppid() , SIGKILL);
            usleep(500);
            exit(0);
        }
        if (!n)  //简单客户是否掉线
        {
            close(fd);
            exit(1);
        }
        buf[n] = '\0';
        printf("RecvMessage: %s\n" , buf);
    }

    return 0;
}

int mysend_message(int fd , pid_t pid)
{
    char buf[MAX_SIZE];

    while (1)
    {
        printf(">");
        fgets(buf , sizeof(buf) , stdin);
        buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        send(fd , buf , sizeof(buf) , 0);

        if (!strncmp(buf , "quit" , 4))
        {
            usleep(500);
            kill(pid , SIGKILL);
            waitpid(-1 , NULL , 0);
            exit(1);
        }
    }
    return 0;
}


void signal_handler(int signum)
{
    if (signum == SIGCHLD)
        waitpid(-1 , NULL , 0);

    return ;
}

int main(int argc , char *argv[])
{
    int serverfd , peerfd , result ;
    pid_t pid;
    struct sockaddr_in server_addr , peer_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    char buf[MAX_SIZE] , port[64] = "8000";

    signal(SIGCHLD , signal_handler);

    if (argc != 2)
    {
        fprintf(stderr , "Usage: %s\n",argv[0]);
        exit(1);
    }

    //Get the serverfd
    serverfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
    if (serverfd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    //bind the server address
    bzero(&server_addr , addr_len);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(atoi(port));
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    result = bind(serverfd , (struct sockaddr *)&server_addr , addr_len);
    if (result == -1)
    {
        perror("bind.");
        exit(1);
    }
    
    listen(serverfd , 5);
    printf("listen ...\n");

    while (1)
    {
        peerfd = accept(serverfd , (struct sockaddr *)&peer_addr , &addr_len);
        if ( peerfd == -1)
        {
            perror("accept");
            exit(1);
        }

        if (( pid = fork()) <  0)
        {
            perror("fork");
            exit(1);
        } else if (pid == 0)
        {
            myrecv_message(peerfd);
        } else
        {
            mysend_message(peerfd , getpid());
        }

        close(peerfd);
    }
    return 0;
}


客户端
void signal_handler(int signum)
{
    if (signum == SIGCHLD)
        waitpid(-1 , NULL , 0);

    return ;
}

int send_message(int sockfd)
{
    char buf[256];

    while (1)
    {
        printf(">");
        fgets(buf , sizeof(buf) , stdin);
        buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        send(sockfd , buf , sizeof(buf) , 0);

        if (!strncmp(buf , "quit" , 4))
        {
            kill(getppid() , SIGKILL);
            close(sockfd);
            exit(0);
        }
    }

    return 0;
}


int recv_message(int sockfd)
{
    char buf[256];
    int n;

    while (1)
    {
        n = recv(sockfd , buf , sizeof(buf) , 0);
        
        if (!strncmp(buf , "quit" , 4) || !n)  //判断是否退出和服务器是否断线
        {
            kill(getpid() , SIGKILL);
            close(sockfd);
            exit(0);
        }

        buf[n] = '\0';
        printf("RecvMessage:%s\n",buf);
    }
    
    return 0;
}

int main(int argc , char *argv[])
{
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int sockfd;
    pid_t pid;
    char port[64] = "8000";

    if (argc != 2)
    {
        fprintf(stderr , "Usage:%s \n" , argv[0]);
        exit(1);
    }

    if ((sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) < 0)
    {
        fprintf(stderr , "socket.\n");
        exit(1);
    }

    bzero(&server_addr , addr_len);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(atoi(port));
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    if (connect(sockfd , (struct sockaddr *)&server_addr , addr_len) < 0)
    {
        fprintf(stderr , "connet");
        exit(1);
    }

    while (1)
    {
        if ((pid = fork()) < 0)
        {
            fprintf(stderr , "fork");
            exit(1);
        }else if (pid == 0)
        {
            send_message(sockfd);
        }else
        {
            recv_message(sockfd);
        }
    }

    exit(0);
}



2.2多线程服务器

多线程服务器是对多进程的服务器的改进 ,由于多进程服务器在创建进程时要消耗较大的系统资源 ,所以用线程来取代进程 ,这样服务处理程序可以较快的创建。据统计 ,创建线程与创建进程要快 10100 倍 ,所以又把线程称为“轻量级”进程。线程与进程不同的是:一个进程内的所有线程共享相同的全局内存、全局变量等信息。这种机制又带来了同步问题。以下是多线程服务器模板:

socket(...);

bind(...);

listen(...);

while(1)
{

   accpet(...);

   if((pthread_create(...))!==-1)
   {

     process(...);

     close(...);

     exit(...);
   }
   close(...);
}

2.3 I/O复用服务器

I/ O复用技术是为了解决进程或线程阻塞到某个 I/ O系统调用而出现的技术 ,使进程不阻塞于某个特定的I/ O系统调用。它也可用于并发服务器的设计,常用函数select 或 poll来实现。

服务器端:
#define MAX_SIZE 512
int main(int argc , char *argv[])
{
    struct sockaddr_in server_addr , peer_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int serverfd , peerfd , maxfd , count , i;
    fd_set rfds , bak_rfds;
    char buf[MAX_SIZE];

    if (argc != 3)
    {
        perror("input paramter");
        exit(1);
    }
    
    if ((serverfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) < 0)
    {
        fprintf(stderr , "socket");
        exit(1);
    }


    bzero(&server_addr, addr_len);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    if (bind(serverfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addr_len) < 0)
    {
        fprintf(stderr , "bind");
        exit(1);
    }

    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&bak_rfds);
    FD_SET(serverfd, &rfds);
    bak_rfds = rfds;
    maxfd = serverfd;

    listen(serverfd , 5);
    printf("listen ....\n");

    while (1)
    {
        rfds = bak_rfds;
        if (select(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL) < 0)
        {
            fprintf(stderr, "select");
            exit(1);
        }

        for (i = 0; i <= maxfd; i ++)
        {
            if (FD_ISSET(i, &rfds))
            {
                if (i == serverfd)
                {
                    peerfd = accept(serverfd, NULL, NULL);
                    maxfd = maxfd > peerfd ? maxfd : peerfd + 1;
                    FD_SET(peerfd, &bak_rfds);
                } else if (i == 0)
                {
                    continue;
                } else
                {
                    count = recv(i, buf, sizeof(buf), 0);
                    if (!count || !strncmp(buf, "quit", 4))
                    {
                        FD_CLR(i, &bak_rfds);
                        maxfd = maxfd > i ? maxfd : i;
                        close(i);
                    }

                    buf[count] = '\0';
                    printf("Message:%s\n", buf);
                    send(i, "Ok", 3, 0);
                }
            }
        }
    }

    exit(0);
}


客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAX_SIZE 512

void recv_message(int sockfd)
{
    char buf[MAX_SIZE];
    int count;

    while (1)
    {
        count = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

        if (!count)
            continue;
        if (!strncmp(buf, "quit", 4))
        {
            kill(getppid(), SIGKILL);
            shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);
            exit(1);
        }

        buf[count] = '\0';
        printf("RecvMessage:%s\n",buf);
    }

    return ;
}

void send_message(int sockfd, int pid)
{
    char buf[MAX_SIZE];
    int count;

    while (1)
    {
        printf(">");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf) - 1] = '\0';

        if (!strncmp(buf, "quit", 4))
        {
            kill(pid, SIGKILL);
            shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);
            exit(1);
        }

        send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
    }

    return ;
}

int main(int argc , char *argv[])
{
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int sockfd;
    pid_t pid;

    if (argc != 3)
    {
        fprintf(stderr, "usage:%s\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM , 0)) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "socket");
        exit(1);
    }

    bzero(&server_addr, addr_len);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr , addr_len) < 0)
    {
        perror("connet");
        exit(1);
    }

    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }else if (pid == 0)
    {
        recv_message(sockfd);
    }else
    {
        send_message(sockfd, getpid());
    }
    exit(1);
}