【网络编程】简单的网络服务器设计_硬件隔十秒推送数据服务器如何设计-优快云博客

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九、简单网络服务器设计

不同于客户端程序，服务器端程序需要同时为多个客户端提供服务，及时响应。比如Web 服务器，就要能同时处理不同IP 地址的主机发来的浏览请求，并把网页及时反应给浏览器。因此，开发服务器程序，必须要能实现并发服务能力。这是网络服务器之所以成为服务器的最本质的特点。

这里要注意，有些并发并不是非常需要精确同时。在某些应用场合，比如每次处理客户端数据量较少的情况下，我们也可以简化服务器的设计。通常来讲，网络服务器的设计模型有循环服务器、I/O 复用服务器、多线程并发服务器。

9.1 循环服务器

循环服务器在同一时刻只可以响应一个客户端的请求。循环服务器指的是对于客户端的请求和连接，服务器在处理完毕一个之后再处理另一个，即串行处理客户的请求。这种类型的服务器一般适用于服务器与客户端一次传输的数据量较小、每次交互的时间较短的场合。根据使用的网络协议不同(UDP 或 TCP), 循环服务器又可分为无连接的循环服务器和面向连接的循环服务器。其中，无连接的循环服务器也称UDP 循环服务器，一般用在网络情况较好的场合，比如局域网中。面向连接使用了TCP 协议，可靠性大大增强，所以可用在因特网上，但开销相对于无连接的服务器而言也较大。

9.1.1 UDP循环服务器

UDP 循环服务器的实现方法是：UDP 服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求，然后处理，再将处理结果返回给客户机。算法流程如下：

socket(...);
 bind(...);
while(1) {
	recvfrom(...); 
	process(...);
   	sendto(...);
}

因为UDP 是非面向连接的，所以没有一个客户端可以老是占用服务器端的，服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。

9.1.2 TCP循环服务器

TCP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。面向连接的循环服务器工作流程如下：
第一步，创建套接字并将其绑定到指定端口，然后开始监听。
第二步，当客户端连接到来时，accept 函数返回新的连接套接字。第三步，服务器在该套接字上进行数据的接收和发送。
第四步，在完成与该客户端的交互后关闭连接，返回执行第二步。写成代码就是：

socket(...); 
bind(...);
listen(...);
 while(1)   {
	accept(...);
	process(...);
	close(...);
 }

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都满足后，服务器才可以继续后面的请求。这样如果有一个客户端占住服务器不放时，其他客户机就都不能工作了，因此TCP 服务器一般很少用循环服务器模型。

【例9.1】一个简单的TCP 循环服务器

服务端

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <winsock.h>

#pragma comment(lib,"wsock32")

#define  BUF_SIZE  200
#define PORT 2048

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	struct   sockaddr_in fsin;
	SOCKET    clisock;
	WSADATA  wsadata;
	int      alen, connum = 0;
	char     buf[BUF_SIZE] = "hi,client";

	struct  servent* pse;    /* server information    */
	struct  protoent* ppe;    /* proto information     */
	struct sockaddr_in sin;   /* endpoint IP address   */
	int  s;

	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &wsadata) != 0)
	{
		puts("WSAStartup failed\n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}
	memset(&sin, 0, sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	sin.sin_port = htons(PORT);

	/* get protocol number from protocol name */
	if ((ppe = getprotobyname("TCP")) == 0)
	{
		printf("  get protocol number error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}


	s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, ppe->p_proto);
	if (s == INVALID_SOCKET)
	{
		printf(" creat socket error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	if (bind(s, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("  socket bind error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}


	if (listen(s, 10) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("  socket listen error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	while (1)
	{
		alen = sizeof(struct sockaddr);
		clisock = accept(s, (struct sockaddr*)&fsin, &alen);

		if (clisock == INVALID_SOCKET)
		{
			printf("initalize failed\n");
			WSACleanup();
			return -1;
		}
		connum++;
		send(clisock, buf, strlen(buf), 0);
		printf("%d  client  comes\n", connum);
		closesocket(clisock);
	}

	return 0;
}

在上述代码中，每接受一个客户端连接，就发送一段数据，然后关闭客户端连接，再次监听下一个连接请求。

客户端

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>

#include <winsock.h>
#pragma comment(lib,"wsock32")

#define  BUF_SIZE  200
#define PORT 2048

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	char  host[] = "localhost";

	char   buff[BUF_SIZE];
	SOCKET  s;
	int    len;
	WSADATA  wsadata;

	struct hostent* phe;      /*host information     */
	struct servent* pse;      /* server information  */
	struct protoent* ppe;     /*protocol information */
	struct sockaddr_in sin;   /*endpoint IP address  */
	int   type;


	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &wsadata) != 0)
	{
		printf("WSAStartup failed\n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	memset(&sin, 0, sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(PORT);
	//get IP address from  host name 
	if (phe = gethostbyname(host))
		memcpy(&sin.sin_addr, phe->h_addr, phe->h_length); /*  host IP address  */
	else if ((sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(host)) == INADDR_NONE)
	{
		printf("get host IP information error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	/**** get protocol number  from protocol name  ****/
	if ((ppe = getprotobyname("TCP")) == 0)
	{
		printf("get protocol information error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}
	/**** creat a socket description ****/
	s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, ppe->p_proto);

	if (s == INVALID_SOCKET)
	{
		printf(" creat socket error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}
	if (connect(s, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("connect socket  error \n");
		WSACleanup();
		return -1;
	}
	while (0 == (len = recv(s, buff, sizeof(buff), 0)))
		;
	buff[len - 1] = '\0';
	printf("%s\n", buff);
	closesocket(s);
	WSACleanup();
	return 0;
}

9.2 多线程并发服务器

并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求。多线程并发TCP 服务器可以同时处理多个客户请求，并发服务器常见的设计是“一个请求一个线程”:针对每个客户请求，主线程都会单独创建一个工作者线程，由工作者线程负责和客户端进行通信。多线程并发服务器的工作流程如下：

(1)主线程创建套接字并将其绑定到指定端口，然后开始监听。
(2)重复调用 accept 函数，当客户端连接到来时创建一个工作者线程处理请求。
(3)工作者线程接受客户端请求，与客户端进行交互(发送或接收消息)。
(4)工作者线程在交互完毕后关闭连接并退出。代码算法如下：

socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1){
	accept(...);
	if(fork(..)==0){
		CreateThread(...);                    // 创建线程来处理
		close(...); 
	}
	exit(...);
	close(...); 
}