【Linux網絡程式設計】并發伺服器之select模型

01. 概述

伺服器設計技術有很多，按使用的協定來分有 TCP 伺服器和 UDP 伺服器，按處理方式來分有循環伺服器和并發伺服器。

循環伺服器與并發伺服器模型

在網絡程式裡面，一般來說都是許多客戶對應一個伺服器（多對一），為了處理客戶的請求，對服務端的程式就提出了特殊的要求。

目前最常用的伺服器模型

循環伺服器：伺服器在同一時刻隻能響應一個用戶端的請求。

并發伺服器：伺服器在同一時刻可以響應多個用戶端的請求。

02. I/O複用技術概述

I/O 複用技術是為了解決程序或線程阻塞到某個 I/O 系統調用而出現的技術，使程序不阻塞于某個特定的 I/O 系統調用。它也可用于并發伺服器的設計，常用函數 select() 或 epoll() 來實作。

03. select模型伺服器實作思路

socket(...); // 建立套接字

bind(...); // 綁定

listen(...); // 監聽

while(1)

{

if(select(...) > 0) // 檢測監聽套接字是否可讀

{

if(FD_ISSET(...)>0) // 套接字可讀，證明有新用戶端連接配接伺服器

{

accpet(...);// 取出已經完成的連接配接

process(...);// 處理請求，回報結果

}

}

close(...); // 關閉連接配接套接字：accept()傳回的套接字

}

04. select模型伺服器實作

#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 //伺服器最大接受連接配接

#define MAX_FD 10 //FD_SET支援描述符數量

int main(int argc, char *argv[])

{

int sockfd;

int err;

int i;

int connfd;

int fd_all[MAX_FD]; //儲存所有描述符，用于select調用後，判斷哪個可讀

//下面兩個備份原因是select調用後，會發生變化，再次調用select前，需要重新指派

fd_set fd_read; //FD_SET資料備份

fd_set fd_select; //用于select

struct timeval timeout; //逾時時間備份

struct timeval timeout_select; //用于select

struct sockaddr_in serv_addr; //伺服器位址

struct sockaddr_in cli_addr; //用戶端位址

socklen_t serv_len;

socklen_t cli_len;

//逾時時間設定

timeout.tv_sec = 10;

timeout.tv_usec = 0;

//建立TCP套接字

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

if(sockfd < 0)

{

perror("fail to socket");

exit(1);

}

// 配置本地位址

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);

// 綁定

err = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_len);

if(err < 0)

{

perror("fail to bind");

exit(1);

}

// 監聽

err = listen(sockfd, LIST);

if(err < 0)

{

perror("fail to listen");

exit(1);

}

//初始化fd_all數組

memset(&fd_all, -1, sizeof(fd_all));

fd_all[0] = sockfd; //第一個為監聽套接字

FD_ZERO(&fd_read); // 清空

FD_SET(sockfd, &fd_read); //将監聽套接字加入fd_read

int maxfd;

maxfd = fd_all[0]; //監聽的最大套接字

while(1){

// 每次都需要重新指派，fd_select，timeout_select每次都會變

fd_select = fd_read;

timeout_select = timeout;

// 檢測監聽套接字是否可讀，沒有可讀，此函數會阻塞

// 隻要有客戶連接配接，或斷開連接配接，select()都會往下執行

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");

}

// 檢測監聽套接字是否可讀

if( FD_ISSET(sockfd, &fd_select) ){//可讀，證明有新用戶端連接配接伺服器

cli_len = sizeof(cli_addr);

// 取出已經完成的連接配接

connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &cli_len);

if(connfd < 0)

{

perror("fail to accept");

exit(1);

}

// 列印用戶端的 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));

// 将新連接配接套接字加入 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

}

}

//從1開始檢視連接配接套接字是否可讀，因為上面已經處理過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}; //讀寫緩沖區

int num = read(fd_all[i], buf, 1024);

if(num > 0){

//收到 用戶端資料并列印

printf("receive buf from client fd_all[%d] is: %s\n", i, buf);

//回複用戶端

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){ // 用戶端斷開時

//用戶端退出，關閉套接字，并從監聽集合清除

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;

}