Linux网络编程——tcp并发服务器（I/O复用之select）

最新推荐文章于 2024-08-20 22:08:59 发布

alpha_2017

最新推荐文章于 2024-08-20 22:08:59 发布

阅读量423

点赞数

分类专栏： Linux网络编程

Linux网络编程专栏收录该内容

49 篇文章

订阅专栏

本文介绍了I/O复用机制的优势及其与多线程、多进程的区别，通过一个基于C语言实现的简单服务器代码示例，展示了如何利用select函数来高效处理多个客户端连接。

与多线程、多进程相比，I/O复用最大的优势是系统开销小，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程。

代码示例：

[csharp] view plain copy

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

#define SERV_PORT 8080
#define LIST 20                //服务器最大接受连接
#define MAX_FD 10              //FD_SET支持描述符数量


int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd;
    int err;
    int i;
    int connfd;
    int fd_all[MAX_FD]; //保存所有描述符，用于select调用后，判断哪个可读

    //下面两个备份原因是select调用后，会发生变化，再次调用select前，需要重新赋值
    fd_set fd_read;    //FD_SET数据备份
    fd_set fd_select;  //用于select

    struct timeval timeout;         //超时时间备份
    struct timeval timeout_select;  //用于select

    struct sockaddr_in serv_addr;   //服务器地址
    struct sockaddr_in cli_addr;    //客户端地址
    socklen_t serv_len;
    socklen_t cli_len;

    //超时时间设置
    timeout.tv_sec = 10;
    timeout.tv_usec = 0;

    //创建TCP套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("fail to socket");
        exit(1);
    }

    // 配置本地地址
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;         // ipv4
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);  // 端口， 8080
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // ip

    serv_len = sizeof(serv_addr);

    // 绑定
    err = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_len);
    if(err < 0)
    {
        perror("fail to bind");
        exit(1);
    }

    // 监听
    err = listen(sockfd, LIST);
    if(err < 0)
    {
        perror("fail to listen");
        exit(1);
    }

    //初始化fd_all数组
    memset(fd_all, -1, sizeof(fd_all));

    fd_all[0] = sockfd;   //第一个为监听套接字

    FD_ZERO(&fd_read);  // 清空
    FD_SET(sockfd, &fd_read);  //将监听套接字加入fd_read

    int maxfd = fd_all[0];  //监听的最大套接字

    while(1){

        // 每次都需要重新赋值，fd_select，timeout_select每次都会变
        fd_select = fd_read;
        timeout_select = timeout;

        // 检测监听套接字是否可读，没有可读，此函数会阻塞
        // 只要有客户连接，或断开连接，select()都会往下执行
        err = select(maxfd+1, &fd_select, NULL, NULL, NULL);
        //err = select(maxfd+1, &fd_select, NULL, NULL, (struct timeval *)&timeout_select);
        if(err < 0)
        {
                perror("fail to select");
                exit(1);
        }

        if(err == 0){
            printf("timeout\n");
        }

        // 检测监听套接字是否可读
        if( FD_ISSET(sockfd, &fd_select) ){//可读，证明有新客户端连接服务器

            cli_len = sizeof(cli_addr);

            // 取出已经完成的连接
            connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &cli_len);
            if(connfd < 0)
            {
                perror("fail to accept");
                exit(1);
            }

            // 打印客户端的 ip 和端口
            char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0};
            inet_ntop(AF_INET, &cli_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
            printf("----------------------------------------------\n");
            printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(cli_addr.sin_port));

            // 将新连接套接字加入 fd_all 及 fd_read
            for(i=0; i < MAX_FD; i++){
                if(fd_all[i] != -1){
                    continue;
                }else{
                    fd_all[i] = connfd;
                    printf("client fd_all[%d] join\n", i);
                    break;
                }
            }

            FD_SET(connfd, &fd_read);

            if(maxfd < connfd)
            {
                maxfd = connfd;  //更新maxfd
            }

        }

        //从1开始查看连接套接字是否可读，因为上面已经处理过0（sockfd）
        for(i=1; i < maxfd; i++){
            if(FD_ISSET(fd_all[i], &fd_select)){
                printf("fd_all[%d] is ok\n", i);

                char buf[1024]={0};  //读写缓冲区
                int num = read(fd_all[i], buf, 1024);
                if(num > 0){

                    //收到客户端数据并打印
                    printf("receive buf from client fd_all[%d] is: %s\n", i, buf);

                    //回复客户端
                    num = write(fd_all[i], buf, num);
                    if(num < 0){
                        perror("fail to write ");
                        exit(1);
                    }else{
                        //printf("send reply\n");
                    }

                }
                else if(0 == num){ // 客户端断开时

                    //客户端退出，关闭套接字，并从监听集合清除
                    printf("client:fd_all[%d] exit\n", i);
                    FD_CLR(fd_all[i], &fd_read);
                    close(fd_all[i]);
                    fd_all[i] = -1;

                    continue;
                }

            }else {
                //printf("no data\n");
            }
        }
    }

    return 0;
}

运行结果：

一般来说，一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。

    SO_REUSEADDR用于对TCP套接字处于TIME_WAIT状态下的socket，才可以重复绑定使用。server程序总是应该在调用bind()之前设置SO_REUSEADDR套接字选项。TCP，先调用close()的一方会进入TIME_WAIT状态

2、SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT

SO_REUSEADDR提供如下四个功能：

    SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将此端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错。

    SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。

    SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。

    SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套接口而言（TCP不支持多播）。

源码下载：