Linux下两种TCP网络服务器实现方式：循环服务&并发服务
转载声明：this article is writen by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
以上博客已失效，所以此文属于二次转载。文章写得很不错，详实但是易懂。希望对实现网络服务端的朋友有用。
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大家都知道各类网络服务器程序的编写步骤，并且都知道网络服务器就两大类：循环服务和并发服务。这里附上源代码来个小结吧。
一、 循环服务
循环网络服务器编程实现的步骤是这样的：
建立socket（这里用到socket()函数及函数setsockopt()）
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\|/
把socket和IP地址及端口绑定（这里用到bind函数）
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\|/
开始监听（这里用到listen()函数）
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/\
/ \
\ / \
----------------------- | 有连接|
| / \ /
| \ /
| \ /
| |
| 接受新的连接（这里用到accept()函数）
| | /___________________________________________________
| | \ |
| \|/ |
| 从连接里读取数据（这里用到recv()系统函数，当然也可以是read()函数） |
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| | |
| \|/ |
| 返回信息给连接（这里用到send()系统函数，当然也可以是write()函数） |
| | |
| | |
| /\ |
| / \ |
| / \ |
| | 还有数据 |-Y-------------------------------------------------------
| \ /
| \ /
| \ /
|_______________________________|
这种服务器模型是典型循环服务，如果不加上多进程/线程技术，此种服务吞吐量有限，大家都可以看到，如果前一个连接服务数据没有收发完毕后面的连接没办法处理。所以一般有多进程技术，对一个新连接启用一个新进程去处理，而监听socket继续监听。
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux下各类TCP网络服务器的实现源代码
*purpose: 记录Linux下各类tcp服务程序源代码
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2006-07-04 22:00:00
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档，当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力
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一个循环TCP服务源代码（因为用fork进行多进程服务了，所以这种服务现实中也有用）如下：
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/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/
if(argv[1]) myport = atoi(argv[1]);
if(argv[2]) lisnum = atoi(argv[2]);
if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
if (listen(sockfd, lisnum) == -1) { |
一个测试客户端代码如下：
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/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/
int main(int argc, char *argv[])
if(argv[2]) myport = atoi(argv[2]);
if (argc != 3) { |
服务端运行显示：
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administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpserver server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 server: got connection from 127.0.0.1 |
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administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838
administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838
administrator@ubuzlf:/data/example/c$ ./tcpclient 127.0.0.1 7838 |
不得不说的一个概念性问题：阻塞与非阻塞
在 阻塞服务中，当服务器运行到accept语句而没有客户连接服务请求到来，那么会发生什么情况?这时服务器就会停止在accept语句上等待连接服务请求 的到来；同样，当程序运行到接收数据语句recv时，如果没有数据可以读取，则程序同样会停止在接收语句上。这种情况称为阻塞(blocking)。
但如果你希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接，有就接受连接;否则就继续做其他事情，则可以通过将 socket设置为非阻塞方式来实现:非阻塞socket在没有客户在等待时就使accept调用立即返回 。
通 过设置socket为非阻塞方式，可以实现“轮询”若干socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞socket读入数据时，函数将立即返回，并 且返回值置为-1，并且errno置为EWOULDBLOCK。但是这种“轮询”会使CPU处于忙等待方式，从而降低性能。考虑到这种情况，假设你希望服 务器监听连接服务请求的同时从已经建立的连接读取数据，你也许会想到用一个accept语句和多个recv()语句，但是由于accept及recv都是 会阻塞的，所以这个想法显然不会成功。
调用非阻塞的socket会大大地浪费系统资源。而调用select()会有效地解决这个问题，它允许你把 进程本身挂起来，而同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符的任何活动，只要确认在任何被监控的文件描述符上出现活动，select()调用将返回指示 该文件描述符已准备好的信息，从而实现了为进程选出随机的变化，而不必由进程本身对输入进行测试而浪费CPU开销。
二、并发服务
在上述cycletcpserver.c中，由于使用了fork技术也可以称之为并发服务器，但这种服务器并不是真正意义上的IO多路复用的并发服务器，并且由于没有处理阻塞问题，实际应用有各种各样的问题。
一个典型IO多路复用的单进程并发服务器流程如下：
/*IO多路复用并发服务流程图*/
下面是一个演示IO多路复用的源程序，是一个端口转发程序，但它的用处相当大，实际应用中的各类代理软件或端口映射软件都是基于这样的代码的，比如Windows下的WinGate、WinProxy等都是在此基础上实现的。源代码如下：
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/*----------------------源代码开始--------------------------------------------*/ static int forward_port;
#undef max
/*************************关于本文档************************************
static int listen_socket (int listen_port) {
static int connect_socket (int connect_port, char *address) {
memset (&a, 0, sizeof (a));
if (!inet_aton(address, (struct in_addr *) &a.sin_addr.s_addr)) {
if (connect(s, (struct sockaddr *) &a, sizeof (a)) < 0) {
#define SHUT_FD1 { \
#define SHUT_FD2 { \ #define BUF_SIZE 1024
int main (int argc, char **argv) {
if (argc != 4) { signal (SIGPIPE, SIG_IGN); forward_port = atoi (argv[2]);
/*建立监听socket*/
for (;;) {
/*把监听socket和可读socket三个一起放入select的可读句柄列表里*/
/*把可写socket两个一起放入select的可写句柄列表里*/
/*把有异常数据的socket两个一起放入select的异常句柄列表里*/
/*开始select*/
if (r == -1 && errno == EINTR) continue;
/*处理新连接*/
/* NB: read oob data before normal reads */
if (fd2 > 0)
/* NB: read data from fd1 */
/* NB: read data from fd2 */
/* NB: write data to fd1 */
/* NB: write data to fd1 */
/* check if write data has caught read data */
/* one side has closed the connection, keep writing to the other side until empty */ |
用gcc tcpforwardport.c -o MyProxy编译此程序后运行效果如下：
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./MyProxy 8000 80 172.16.100.218 accepting connections on port 8000 connect from 127.0.0.1 |
当有用户访问本机的8000端口时，MyProxy程序将把此请求转发到172.16.100.218主机的80端口，即实现了一个http代理。
关于select函数：
其函数原型为：
int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
此 函数的功能是由内核检测在timeout时间内，是否有readfds，writefds，exceptfds三个句柄集(file descriptors)里的某个句柄（file descriptor)的状态符合寻求，即readfds句柄集里有句柄可读或writefds句柄集里有可写或exceptfds句柄集里有例外发生， 任何一个有变化函数就立即返回，返回值为timeout发生状态变化的句柄个数。
n是所有readfds，writefds，exceptfds三个句柄集(file descriptors)里编号最大值加1。比如：要检测两个socket句柄fd1和fd2在timeout时间内是否分别可读和可写就可以这样：
先把两个句柄集(file descriptors)清零：
FD_ZERO (&readfds);
FD_ZERO (&writefds);
然后把fd1加入读检测集：
FD_SET (fd1, &readfds);
然后把fd2加入写检测集：
FD_SET (fd2, &writefds);
再给timeout设置值，timeout是这样的一个结构：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
你可以这样赋值：
timeout.tv_sec=1;
timeout.tv_uec=0;
表示检测在1秒钟内是否有句柄状态发生变化。
如果有句柄发生变化，就可以用FD_ISSET检测各个句柄，比如：
FD_ISSET (fd1, &readfds);//检测是否fd1变成可读的了
FD_ISSET (fd2, &writefds);//检测是否fd2变成可写的了
示意程序代码如下：
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/*----------------------示意代码开始--------------------------------------------*/ fd1 = socket();//创建一个socket fd2 = socket();//创建一个socket while(1) { FD_ZERO (&readfds); FD_ZERO (&writefds); FD_SET (fd1, &readfds); FD_SET (fd2, &writefds); timeout.tv_sec=1; timeout.tv_uec=0; ret = select(fd1>fd2?(fd1+1):(fd2+1), &readfds, &writefds, NULL, &timeout); if(ret < 0) {printf("系统错误，select出错，错误代码：%d, 错误信息：%s", errno, strerror(errno));} else if(ret == 0) {printf("select超时返回，没有任何句柄状态发生变化！");} //有句柄状态发生了变化 if(FD_ISSET(fd1, &readfds)) { fd1有数据可读; fd1里的数据被读出来; } if(FD_ISSET(fd2, &writefds)) { fd2可写; fd2里发送数据给对方; } } /*----------------------示意代码结束--------------------------------------------*/ |
经常用到的几个自定义函数：
1、开启监听的函数
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/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/
ret = sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuseORnot, sizeof(int));
ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuflen, sizeof(int));
ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuflen, sizeof(int)); ioctl(sockfd,FIONBIO,&blockORnot);/*block or not*/
laddr.sin_family = PF_INET;
ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&laddr, sizeof(struct sockaddr)); |
2、连接服务器的函数
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/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/
if((he=gethostbyname(serverip))== 0) {
serversock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); ioctl(serversock, FIONBIO, &blockORnot); //block or not
memset((char*)&sin, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); ret = connect(serversock, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));
if(ret == -1) {
return serversock; |
3、发送数据函数Send
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/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/
struct timeval tival;
tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&writefds);
if(sock > 0) {
ret = select(maxfds + 1, NULL, &writefds, NULL, &tival);
while(i < size) {
if (EINTR == errno)
close(sock); |
4、接收数据函数Recv
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/*----------------------源代码代码开始--------------------------------------------*/
struct timeval tival;
tival.tv_sec = timeout; FD_ZERO(&readfds);
if(sock > 0) {
ret = select(maxfds + 1, &readfds, NULL, NULL, &tival); |
最后需要说明的是：我这里讲到的源程序并不能实际地作为一个产品程序来用，实际情况下可能会有其它许多工作要做，比如可能要建立共享队列来存放socket
里读到的消息，也可能把发送消息先进行排队然后再调用Send函数。还有，如果不是全数字，在发送前一定要htonl转换为网络字节序，同理接收到后一定 要先ntohl由网络字节序转换为主机字节序，否则对方发送过来的0x00000001在你这里可能是0x00010000，因为高低位顺序不同。
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