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（转）举例：服务器编程模型 之 简单服务器模型/多进程模型/多线程模型/事件驱动模型

本文通过一个简单的例子，介绍网络服务器编程模型
服务器接受客户端连接请求，回显客户端发过来的数据，发送当前时间给客户端

所有源码可打包下载：
http://download.csdn.net/detail/yfkiss/4318990

客户端请求相关代码：

[cpp] view plaincopy
 
  1. //和服务器建立连接  
  2. if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1)  
  3. {  
  4.         perror("connect");  
  5.         exit(1);  
  6. }  
  7.   
  8. //向服务器发送请求  
  9. if(send(sockfd,buf,strlen(buf),0)==-1)  
  10. {  
  11.         perror("send");  
  12.         exit(1);  
  13. }  
  14. memset(buf,0,sizeof(buf));  
  15.   
  16. //接受从服务器返回的信息  
  17. if((numbytes = recv(sockfd,buf,100,0))==-1)  
  18. {  
  19.         perror("recv");  
  20.         exit(1);  
  21. }  
  22. else  
  23. {  
  24.         printf("Time: %s\n", buf);  
  25. }  

 

简单服务器模型

服务器进程接受连接，处理请求，然后等待下一个连接，如图：

核心代码：

[cpp] view plaincopy
 
  1.        //等待连接  
  2. while(1)   
  3. {  
  4.     struct sockaddr cliaddr;  
  5.     sin_size = sizeof(struct sockaddr);  
  6.       
  7.     //接受连接  
  8.     if((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, (socklen_t*)&sin_size))==-1)  
  9.     {  
  10.         perror("accept");  
  11.         return -1;  
  12.     }  
  13.   
  14.     char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];  
  15.     getnameinfo(&cliaddr, sizeof(cliaddr), hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);    
  16.     printf("Accepted connection: host=%s, port=%s\n", hbuf, sbuf);  
  17.       
  18.     //读取客户端发来的信息  
  19.     memset(buff,0,sizeof(buff));  
  20.     if((numbytes = recv(new_fd,buff,sizeof(buff),0))==-1)  
  21.     {  
  22.         perror("recv");  
  23.         return -1;  
  24.     }     
  25.       
  26.     //获取系统时间  
  27.     time_t now = time(0);  
  28.     sprintf(buff, "Server Time is : %s", ctime(&now));  
  29.       
  30.     //将从客户端接收到的信息再发回客户端  
  31.     if(send(new_fd,buff,strlen(buff),0)==-1)  
  32.     {  
  33.         perror("send");  
  34.     }  
  35.   
  36.     //关闭连接  
  37.     close(new_fd);  
  38. }  

 

多进程模型

服务器进程接受连接，fork一个子进程为客户服务，然后等待下一个连接。
多进程模型适用于单个客户服务需要消耗较多的 CPU 资源，例如需要进行大规模或长时间的数据运算或文件访问。多进程模型具有较好的安全性。
如图：

核心代码：

[cpp] view plaincopy
 
  1.     //等待连接  
  2.     while(1)   
  3.     {  
  4.         struct sockaddr cliaddr;  
  5.         sin_size = sizeof(struct sockaddr);  
  6.           
  7.         //接受连接  
  8.         if((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, (socklen_t*)&sin_size))==-1)  
  9.         {  
  10.             perror("accept");  
  11.             return -1;  
  12.         }  
  13.   
  14.         char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];  
  15.         getnameinfo(&cliaddr, sizeof(cliaddr), hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);    
  16.         printf("Accepted connection: host=%s, port=%s\n", hbuf, sbuf);  
  17.       
  18.                 //fork子进程处理请求  
  19.         if(!fork())  
  20.         {  
  21.             process(new_fd);  
  22.               
  23.             //关闭连接  
  24.             close(new_fd);  
  25.             return 0;  
  26.         }  
  27.       
  28.     }  
  29.     close(sockfd);  
  30. }  



多线程模型

和多进程模型类似，服务器进程接受连接，新建一个线程为客户服务，然后等待下一个连接
和多进程相比，由于进程消耗的资源比线程大的多，因此，在需要为较多客户端服务的时候，优先使用多线程。
如图：

代码：

[cpp] view plaincopy
 
  1. void* process(void* arg)  
  2. {  
  3.     int new_fd = *(int*)arg;  
  4.     char buff[1024];  
  5.     int numbytes;  
  6.       
  7.     //读取客户端发来的信息  
  8.     memset(buff,0,sizeof(buff));  
  9.     if((numbytes = recv(new_fd,buff,sizeof(buff),0))==-1)  
  10.     {  
  11.         perror("recv");  
  12.         return NULL;  
  13.     }  
  14.           
  15.           
  16.     //获取系统时间  
  17.     time_t now = time(0);  
  18.     sprintf(buff, "Server Time is : %s", ctime(&now));  
  19.       
  20.     //将从客户端接收到的信息再发回客户端  
  21.     if(send(new_fd,buff,strlen(buff),0)==-1)  
  22.     {  
  23.         perror("send");  
  24.         return NULL;  
  25.     }  
  26.       
  27.     close(new_fd);  
  28.         pthread_exit(NULL);  
  29.     return NULL;  
  30. }  
  31.       
  32. int main()  
  33. {  
  34.     ......  
  35.       
  36.     //等待连接  
  37.     while(1)   
  38.     {  
  39.         struct sockaddr cliaddr;  
  40.         sin_size = sizeof(struct sockaddr);  
  41.           
  42.         //接受连接  
  43.         if((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, (socklen_t*)&sin_size))==-1)  
  44.         {  
  45.             perror("accept");  
  46.             return -1;  
  47.         }  
  48.   
  49.         char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];  
  50.         getnameinfo(&cliaddr, sizeof(cliaddr), hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);    
  51.         printf("Accepted connection: host=%s, port=%s\n", hbuf, sbuf);  
  52.       
  53.                 //创建新线程为客户端服务  
  54.         if((pthread_create(&thread, NULL, process, (void*)(&new_fd))))  
  55.         {  
  56.             perror("pthread_create error");           
  57.             return 0;  
  58.         }  
  59.     }  
  60.     close(sockfd);  
  61. }  



事件驱动模型

多线程模型通过将连接与线程绑定的方式，较好的解决了同一时刻为多个客户提供请求的要求，但是，如果客户请求数成千上万，即使是线程，服务器也无法承受庞大的资源消耗。当然，我们可以通过使用线程池来控制线程数量，减少资源开销，但是，面对大的服务压力，池本身无法增加承载能力。
事件驱动模型使用IO复用（参考网络编程--IO模型示例），在每一个执行周期都会探测一次或一组事件，一个特定的事件会触发某个特定的响应。
相比其他模型，事件驱动模型优点是只用单线程执行，占用资源少，不消耗太多 CPU，同时能够为多客户端提供服务。缺点是程序逻辑复杂，编程复杂性较高。
如图：

核心代码：

[cpp] view plaincopy
 
  1. #define MAX_EVENTS 1024   
  2.   
  3. struct myevent_s     
  4. {     
  5.     int fd;     
  6.     void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);     
  7.     int events;     
  8.     void *arg;     
  9.     int status; // 1: in epoll wait list, 0 not in     
  10.     char buff[128]; // recv data buffer    
  11.     int len;    
  12.     long last_active; // last active time     
  13. };     
  14.   
  15. int g_epollFd;     
  16. myevent_s g_Events[MAX_EVENTS+1]; // g_Events[MAX_EVENTS] is used by listen fd     
  17. void RecvData(int fd, int events, void *arg);     
  18. void SendData(int fd, int events, void *arg);  
  19.   
  20. // set event     
  21. void EventSet(myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void*), void *arg)     
  22. {     
  23.     ev->fd = fd;     
  24.     ev->call_back = call_back;     
  25.     ev->events = 0;     
  26.     ev->arg = arg;     
  27.     ev->status = 0;     
  28.     ev->len = 0;  
  29.     ev->last_active = time(NULL);     
  30. }     
  31.   
  32. // add/mod an event to epoll     
  33. void EventAdd(int epollFd, int events, myevent_s *ev)     
  34. {     
  35.     struct epoll_event epv = {0, {0}};     
  36.     int op;     
  37.     epv.data.ptr = ev;     
  38.     epv.events = ev->events = events;     
  39.     if(ev->status == 1){     
  40.         op = EPOLL_CTL_MOD;     
  41.     }     
  42.     else{     
  43.         op = EPOLL_CTL_ADD;     
  44.         ev->status = 1;     
  45.     }     
  46.     if(epoll_ctl(epollFd, op, ev->fd, &epv) < 0)     
  47.         printf("Event Add failed[fd=%d]\n", ev->fd);     
  48.     else    
  49.         printf("Event Add OK[fd=%d]\n", ev->fd);     
  50. }     
  51.   
  52. // delete an event from epoll     
  53. void EventDel(int epollFd, myevent_s *ev)     
  54. {     
  55.     struct epoll_event epv = {0, {0}};     
  56.     if(ev->status != 1) return;     
  57.     epv.data.ptr = ev;     
  58.     ev->status = 0;     
  59.     epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);     
  60. }    
  61.       
  62. // accept new connections from clients     
  63. void AcceptConn(int fd, int events, void *arg)     
  64. {     
  65.     struct sockaddr_in sin;     
  66.     socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);     
  67.     int nfd, i;     
  68.     // accept     
  69.     if((nfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&sin, &len)) == -1)     
  70.     {     
  71.         if(errno != EAGAIN && errno != EINTR)     
  72.         {     
  73.             printf("%s: bad accept", __func__);     
  74.         }     
  75.         return;     
  76.     }     
  77.     do    
  78.     {     
  79.         for(i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)     
  80.         {     
  81.             if(g_Events[i].status == 0)     
  82.             {     
  83.                 break;     
  84.             }     
  85.         }     
  86.         if(i == MAX_EVENTS)     
  87.         {     
  88.             printf("%s:max connection limit[%d].", __func__, MAX_EVENTS);     
  89.             break;     
  90.         }     
  91.         // set nonblocking     
  92.         if(fcntl(nfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) < 0) break;     
  93.         // add a read event for receive data     
  94.         EventSet(&g_Events[i], nfd, RecvData, &g_Events[i]);     
  95.         EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, &g_Events[i]);     
  96.         printf("new conn[%s:%d][time:%d]\n", inet_ntoa(sin.sin_addr), ntohs(sin.sin_port), g_Events[i].last_active);     
  97.     }while(0);     
  98. }     
  99.   
  100. // receive data     
  101. void RecvData(int fd, int events, void *arg)     
  102. {     
  103.     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;     
  104.     int len;     
  105.     // receive data     
  106.     len = recv(fd, ev->buff, sizeof(ev->buff)-1, 0);       
  107.     EventDel(g_epollFd, ev);     
  108.     if(len > 0)     
  109.     {     
  110.         ev->len = len;     
  111.         ev->buff[len] = '\0';     
  112.         printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buff);     
  113.         // change to send event     
  114.         EventSet(ev, fd, SendData, ev);     
  115.         EventAdd(g_epollFd, EPOLLOUT|EPOLLET, ev);     
  116.     }     
  117.     else if(len == 0)     
  118.     {     
  119.         close(ev->fd);     
  120.         printf("[fd=%d] closed gracefully.\n", fd);     
  121.     }     
  122.     else    
  123.     {     
  124.         close(ev->fd);     
  125.         printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));     
  126.     }     
  127. }    
  128.    
  129. // send data     
  130. void SendData(int fd, int events, void *arg)     
  131. {     
  132.     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;     
  133.     int len;    
  134.       
  135.     time_t now = time(0);  
  136.     sprintf(ev->buff, "Server Time is : %s", ctime(&now));   
  137.     // send data     
  138.     len = send(fd, ev->buff, strlen(ev->buff), 0);     
  139.     ev->len = 0;     
  140.     EventDel(g_epollFd, ev);     
  141.     if(len > 0)     
  142.     {     
  143.         // change to receive event     
  144.         EventSet(ev, fd, RecvData, ev);     
  145.         EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, ev);     
  146.     }     
  147.     else    
  148.     {     
  149.         close(ev->fd);     
  150.         printf("recv[fd=%d] error[%d]\n", fd, errno);     
  151.     }     
  152. }     
  153. void InitListenSocket(int epollFd, short port)     
  154. {     
  155.     int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);     
  156.     fcntl(listenFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); // set non-blocking     
  157.     printf("server listen fd=%d\n", listenFd);     
  158.     EventSet(&g_Events[MAX_EVENTS], listenFd, AcceptConn, &g_Events[MAX_EVENTS]);     
  159.     // add listen socket     
  160.     EventAdd(epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, &g_Events[MAX_EVENTS]);     
  161.     // bind & listen     
  162.     sockaddr_in sin;     
  163.     bzero(&sin, sizeof(sin));     
  164.     sin.sin_family = AF_INET;     
  165.     sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;     
  166.     sin.sin_port = htons(port);     
  167.     bind(listenFd, (const sockaddr*)&sin, sizeof(sin));     
  168.     listen(listenFd, 5);     
  169. }     
  170.   
  171. int main(int argc, char **argv)     
  172. {     
  173.     short port = 7092; // default port     
  174.       
  175.     // create epoll     
  176.     g_epollFd = epoll_create(MAX_EVENTS);     
  177.     if(g_epollFd <= 0) printf("create epoll failed.%d\n", g_epollFd);     
  178.           
  179.     // create & bind listen socket, and add to epoll, set non-blocking     
  180.     InitListenSocket(g_epollFd, port);    
  181.        
  182.     // event loop     
  183.     struct epoll_event events[MAX_EVENTS];     
  184.     printf("server running:port[%d]\n", port);   
  185.         
  186.     int checkPos = 0;     
  187.     while(1){     
  188.         // a simple timeout check here, every time 100, better to use a mini-heap, and add timer event     
  189.         long now = time(NULL);     
  190.         for(int i = 0; i < 100; i++, checkPos++) // doesn't check listen fd     
  191.         {     
  192.             if(checkPos == MAX_EVENTS) checkPos = 0; // recycle     
  193.             if(g_Events[checkPos].status != 1) continue;     
  194.             long duration = now - g_Events[checkPos].last_active;     
  195.             if(duration >= 60) // 60s timeout     
  196.             {     
  197.                 close(g_Events[checkPos].fd);     
  198.                 printf("[fd=%d] timeout[%d--%d].\n", g_Events[checkPos].fd, g_Events[checkPos].last_active, now);     
  199.                 EventDel(g_epollFd, &g_Events[checkPos]);     
  200.             }     
  201.         }     
  202.         // wait for events to happen     
  203.         int fds = epoll_wait(g_epollFd, events, MAX_EVENTS, 1000);     
  204.         if(fds < 0){     
  205.             printf("epoll_wait error, exit\n");     
  206.             break;     
  207.         }     
  208.         for(int i = 0; i < fds; i++){     
  209.             myevent_s *ev = (struct myevent_s*)events[i].data.ptr;     
  210.             if((events[i].events&EPOLLIN)&&(ev->events&EPOLLIN)) // read event     
  211.             {     
  212.                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);     
  213.             }     
  214.             if((events[i].events&EPOLLOUT)&&(ev->events&EPOLLOUT)) // write event     
  215.             {     
  216.                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);     
  217.             }     
  218.         }     
  219.     }     
  220.     // free resource     
  221.     return 0;     
  222. }     

 

总结：

多进程和多线程适用于小规模，长连接的场景
事件驱动适用于大规模、IO密集、大量慢连接、短连接的场景

posted on 2015-10-08 22:56  聚宝小猪  阅读(107)  评论(0)  编辑  收藏  举报