Linux系统编程（35）—— socket编程之TCP服务器的并发处理

来源：互联网发布：java 命令模式实例编辑：程序博客网时间：2024/05/16 11:13

我们知道，服务器通常是要同时服务多个客户端的，如果我们运行上一篇实现的server和client之后，再开一个终端运行client试试，新的client就不能能得到服务了。因为服务器之支持一个连接。

网络服务器通常用fork来同时服务多个客户端，父进程专门负责监听端口，每次accept一个新的客户端连接就fork出一个子进程专门服务这个客户端。但是子进程退出时会产生僵尸进程，父进程要注意处理SIGCHLD信号和调用wait清理僵尸进程。

下面是代码框架：

listenfd = socket(...);bind(listenfd, ...);listen(listenfd, ...);while (1) {         connfd= accept(listenfd, ...);         n= fork();         if(n == -1) {                   perror("callto fork");                   exit(1);         }else if (n == 0) {                   close(listenfd);                   while(1) {                            read(connfd,...);                            ...                            write(connfd,...);                   }                   close(connfd);                   exit(0);         }else                   close(connfd);}

现在做一个测试，首先启动server，然后启动client，然后用Ctrl-C使server终止，这时马上再运行server，结果是：

binderror: Address already in use

这是因为，虽然server的应用程序终止了，但TCP协议层的连接并没有完全断开，因此不能再次监听同样的server端口。server终止时，socket描述符会自动关闭并发FIN段给client，client收到FIN后处于CLOSE_WAIT状态，但是client并没有终止，也没有关闭socket描述符，因此不会发FIN给server，因此server的TCP连接处于FIN_WAIT2状态。

现在用Ctrl-C把client也终止掉，再观察现象结果是：

binderror: Address already in useclient

终止时自动关闭socket描述符，server的TCP连接收到client发的FIN段后处于TIME_WAIT状态。TCP协议规定，主动关闭连接的一方要处于TIME_WAIT状态，等待两个MSL（maximum segment lifetime）的时间后才能回到CLOSED状态，因为我们先Ctrl-C终止了server，所以server是主动关闭连接的一方，在TIME_WAIT期间仍然不能再次监听同样的server端口。MSL在RFC1122中规定为两分钟，但是各操作系统的实现不同，在Linux上一般经过半分钟后就可以再次启动server了。

在server的TCP连接没有完全断开之前不允许重新监听是不合理的，因为，TCP连接没有完全断开指的是connfd（127.0.0.1:8000）没有完全断开，而我们重新监听的是listenfd（0.0.0.0:8000），虽然是占用同一个端口，但IP地址不同，connfd对应的是与某个客户端通讯的一个具体的IP地址，而listenfd对应的是wildcard address。解决这个问题的方法是使用setsockopt()设置socket描述符的选项SO_REUSEADDR为1，表示允许创建端口号相同但IP地址不同的多个socket描述符。在server代码的socket()和bind()调用之间插入如下代码：

int opt = 1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

select是网络程序中很常用的一个系统调用，它可以同时监听多个阻塞的文件描述符（例如多个网络连接），哪个有数据到达就处理哪个，这样，不需要fork和多进程就可以实现并发服务的server。

/* server.c */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <netinet/in.h>#include "wrap.h" #define MAXLINE 80#define SERV_PORT 8000 int main(int argc, char **argv){         inti, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;         intnready, client[FD_SETSIZE];         ssize_tn;         fd_setrset, allset;         charbuf[MAXLINE];         charstr[INET_ADDRSTRLEN];         socklen_tcliaddr_len;         structsockaddr_in  cliaddr, servaddr;          listenfd= Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);          bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));         servaddr.sin_family      = AF_INET;         servaddr.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY);         servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT);          Bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));          Listen(listenfd,20);          maxfd= listenfd;               /* initialize */         maxi= -1;                            /* indexinto client[] array */         for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)                  client[i] = -1;     /* -1 indicates available entry */         FD_ZERO(&allset);         FD_SET(listenfd,&allset);          for( ; ; ) {                   rset= allset;    /* structure assignment */                   nready= select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);                   if(nready < 0)                            perr_exit("selecterror");                    if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* new client connection */                            cliaddr_len= sizeof(cliaddr);                            connfd= Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);                             printf("receivedfrom %s at PORT %d\n",                                   inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr,str, sizeof(str)),                                   ntohs(cliaddr.sin_port));                             for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)                                     if(client[i] < 0) {                                               client[i]= connfd; /* save descriptor */                                               break;                                     }                            if(i == FD_SETSIZE) {                                     fputs("toomany clients\n", stderr);                                     exit(1);                            }                             FD_SET(connfd,&allset);         /* add newdescriptor to set */                            if(connfd > maxfd)                                     maxfd= connfd; /* for select */                            if(i > maxi)                                     maxi= i;   /* max index in client[] array */                             if(--nready == 0)                                     continue; /* no more readable descriptors */                   }                    for(i = 0; i <= maxi; i++) { /* check allclients for data */                            if( (sockfd = client[i]) < 0)                                     continue;                            if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {                                     if( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {                                               /*connection closed by client */                                               Close(sockfd);                                               FD_CLR(sockfd,&allset);                                               client[i]= -1;                                     }else {                                               intj;                                               for(j = 0; j < n; j++)                                                        buf[j]= toupper(buf[j]);                                               Write(sockfd,buf, n);                                     }                                      if(--nready == 0)                                               break;       /* no more readable descriptors */                            }                   }         }}

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