《TCP/IP网络编程》二、构建网络服务

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本文详细介绍了并发服务器的设计与实现方法，包括多进程、多线程、多路复用等模型，探讨了fork函数创建进程的过程及僵尸进程的处理方式，并深入讲解了wait和waitpid函数、信号处理、sigaction函数的使用，以及基于多任务的并发服务器实现细节。

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10.多进程服务器端

1.并发服务器端实现模型和方法：

多进程服务器：通过创建多个进程提供服务
多路复用服务器：通过捆绑并统一管理I/O对象提供服务
多线程服务器：通过生成与客户端等量的线程提供服务

2.fork函数创建进程

父进程：fork函数返回子进程ID
子进程：fork函数返回0
父子进程拥有完全独立的内存结构，只是共享同一代码而已。

3.僵尸进程

一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程。

子进程应该向其父进程传递子进程的exit参数值或return语句的返回值，如果父进程未主动要求获取子进程的结束状态值，操作系统将一直保存，其进程号也会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程。

4.wait和waitpid函数

调用wait函数时，如果没有已终止的子进程，程序将阻塞直到有子进程终止
调用waitpid函数时，程序不会阻塞

5.信号处理

子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号，父进程处理SIGCHILD信号。在信号处理函数中调用wait进行处理僵尸进程。
信号注册函数:

#include<signal.h>
void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);//返回类型：参数为int，返回void函数指针

SIGALRM:已到通过调用alarm函数注册的时间
SIGINT：输入CTRL+C
SIGCHLD：子进程终止

6.sigaction函数进行信号处理

signal函数在UNIX系列的不同操作系统中可能存在区别，但sigaction函数完全相同。

#include<signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction * act, struct sigaction * oldact;

sigaction结构体：

struct sigaction
{
    void (*sa_handler)(int);//保存信号处理函数的指针值
    sigset_t sa_mask;//初始化为0
    int sa_flags;//初始化为0
}

7.基于多任务的并发服务器

通过fork函数只复制了文件描述符，并未复制套接字，复制后的两个文件描述符指向同一套接字。

只有这两个文件描述符都终止（销毁）后才能销毁套接字，所以要在父子进程中分别销毁自己不处理的文件描述符（父进程中close客户端socket，子进程close服务端socket）

8.客户端分割TCP的I/O程序

客户端父进程负责接收数据，额外创建子进程负责发送数据，实现简单，收发独立，可以提高频繁交换数据的程序性能
这里写图片描述

11.进程间通信

1.管道PIPE

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

filedes[0] 通过管道接收数据时使用的文件描述符，即管道出口
filedes[1] 通过管道传输数据时使用的文件描述符，即管道入口

使用时，先调用pipe创建管道，再调用fork，子进程中将同时拥有前面创建的两个文件描述符，注意复制的并非管道，而是用于管道I/O的文件描述符。

数据进入管道后成为无主数据，先读的进程会把数据取走

通过管道进行进程间双向通信
这里写图片描述

12.I/O复用

1.select函数

#include <sys/select.h>    
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

maxfd：监视对象文件描述符数量
readfds：将所有关注“是否存在带读取数据”的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递其地址值
writefds：将所有关注“是否可传输无阻塞数据”的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递其地址值
exceptset：将所有关注“是否发生异常”的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递其地址值
timeout：调用select函数后，为防止陷入无限阻塞状态，传递超时信息
返回值：超时为0，错误为-1；因发生关注的事件返回时，返回大于0的值，该值时发生事件的文件描述符数
这里写图片描述

2.设置文件描述符

存有0和1的位数组集中多个需要监视的文件描述符
这里写图片描述

3.设置检查（监控）范围及超时

监视范围与第一个参数maxfd有关，实际上为监控对象文件描述符的数量，由于每次新建文件描述符时，其值都会增1，故只需传递最大的文件描述符+1

超时与最后一个参数有关，如果不想设置超时，传递NULL

struct timeval
{       
    long tv_sec;   /* 秒 */
    long tv_usec;  /* 微秒 */   
}

4.调用select函数后查看结果

fd_set变量中值仍为1的位置上的文件描述符发生了变化

5.应用

调用select函数后的除发生变化的文件描述符对应位外，剩下的所有位将初始化为0，因此需要将准备好的fd_set变量备份一份，这是通用方法。

调用select后，结构体timeval的成员tv_sec和tv_usec的值将被替换为超时前剩余时间，因此每次调用select前，都需要初始化timeval结构体变量。

13.多种I/O函数

1.Linux中的send&recv

前文为了强调Linux环境下文件I/O和套接字I/O相同，只用了read和write函数

#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd, const void * buf, size_t nbytes, int flags);

ssize_t recv(int sockfd, void * buf, size_t nbytes, int flags);

最后一个参数是收发数据时的可选项，不同操作系统对下述可选项的支持也不同。

可选项	含义	send	recv
MSG_OOB	传输紧急消息(Out-of-band data)	·	·
MSG_PEEK	验证输入缓冲中是否存在接收的数据		·
MSG_DONTROUTE	数据传输不参照路由表，在本地网络中寻找目的地	·
MSG_DONTWAIT	非阻塞I/O	·	·
MSG_WAITALL	防止函数返回，直到接收全部请求的字节数		·