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在TCP通信过程中，服务器端启动之后可以同时和多个客户端建立连接，并进行网络通信，但是在一个单进程的服务器的时候，提供的服务器代码却不能完成这样的需求，先简单的看一下之前的服务器代码的处理思路，再来分析代码中的弊端：
// server.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> int main() { // 1. 创建监听的套接字 int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 2. 将socket()返回值和本地的IP端口绑定到一起 struct sockaddr_in addr; addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(10000); // 大端端口 // INADDR_ANY代表本机的所有IP, 假设有三个网卡就有三个IP地址 // 这个宏可以代表任意一个IP地址 addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 这个宏的值为0 == 0.0.0.0 int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); // 3. 设置监听 ret = listen(lfd, 128); // 4. 阻塞等待并接受客户端连接 struct sockaddr_in cliaddr; int clilen = sizeof(cliaddr); int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen); // 5. 和客户端通信 while(1) { // 接收数据 char buf[1024]; memset(buf, 0, sizeof(buf)); int len = read(cfd, buf, sizeof(buf)); if(len > 0) { printf("客户端say: %s\n", buf); write(cfd, buf, len); } else if(len == 0) { printf("客户端断开了连接...\n"); break; } else { perror("read"); break; } } close(cfd); close(lfd); return 0; }在上面的代码中用到了三个会引起程序阻塞的函数，分别是：
- accept()：如果服务器端没有新客户端连接，阻塞当前进程/线程，如果检测到新连接解除阻塞，建立连接
- read()：如果通信的套接字对应的读缓冲区没有数据，阻塞当前进程/线程，检测到数据解除阻塞，接收数据
- write()：如果通信的套接字写缓冲区被写满了，阻塞当前进程/线程（这种情况比较少见）
如果需要和发起新的连接请求的客户端建立连接，那么就必须在服务器端通过一个循环调accept()函数，另外已经和服务器建立连接的客户端需要和服务器通信，发送数据时的阻塞可以忽略，当接收不到数据时程序也会被阻塞，这时候就会非常矛盾，被accept()阻塞就无法通信，被read()阻塞就无法和客户端建立新连接。因此得出一个结论，基于上述处理方式，在单线程/单进程场景下，服务器是无法处理多连接的，解决方案也有很多，常用的有三种：
- 使用多线程实现
- 使用多进程实现
- 使用IO多路转接（复用）实现
- 使用IO多路转接 + 多线程实现
1.使用多进程实现并发服务器
如果要编写多进程版的并发服务器程序，首先要考虑，创建出的多个进程都是什么角色，这样就可以在程序中对号入座了。在Tcp服务器端一共有两个角色，分别是：监听和通信，监听是一个持续的动作，如果有新连接就建立连接，如果没有新连接就阻塞。关于通信是需要和多个客户端同时进行的，因此需要多个进程，这样才能达到互不影响的效果。进程也有两大类：父进程和子进程，通过分析我们可以这样分配进程：
- 父进程：
- 负责监听，处理客户端的连接请求，也就是在父进程中循环调用accept()函数
- 创建子进程：建立一个新的连接，就创建一个新的子进程，让这个子进程和对应的客户端通信
- 回收子进程资源：子进程退出回收其内核PCB资源，防止出现僵尸进程
- 子进程：负责通信，基于父进程建立新连接之后得到的文件描述符，和对应的客户端完成数据的接收和发送。
- 发送数据：send() / write()
- 接收数据：recv() / read()
在多进程版的服务器端程序中，多个进程是有血缘关系，对应有血缘关系的进程来说，还需要想明白他们有哪些资源是可以被继承的，哪些资源是独占的，以及一些其他细节：
- 子进程是父进程的拷贝，在子进程的内核区PCB中，文件描述符也是可以被拷贝的，因此在父进程可以使用的文件描述符在子进程中也有一份，并且可以使用它们做和父进程一样的事情。
- 父子进程有用各自的独立的虚拟地址空间，因此所有的资源都是独占的
- 为了节省系统资源，对于只有在父进程才能用到的资源，可以在子进程中将其释放掉，父进程亦如此。
- 由于需要在父进程中做accept()操作，并且要释放子进程资源，如果想要更高效一下可以使用信号的方式处理
具体实现
下面是一个使用多进程实现的并发 TCP 服务器的示例代码，包含详细注释。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/wait.h> #include <signal.h> #include <ctype.h> // 处理SIGCHLD信号，避免僵尸进程 void sigchld_handler(int signo) { while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0); //表示非阻塞地等待任意子进程终止。-1 表示等待任何子进程，NULL 表示不需要子进程的退出状态，WNOHANG 表示非阻塞。 } // 处理客户端通信 void handle_client(int cfd) { char buf[1024]; int n; while ((n = read(cfd, buf, sizeof(buf))) > 0) { for (int i = 0; i < n; i++) { buf[i] = toupper(buf[i]); } write(cfd, buf, n); } close(cfd); } int main() { // 创建监听套接字 int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (lfd < 0) { perror("socket error"); return -1; } // 绑定套接字 struct sockaddr_in serv; bzero(&serv, sizeof(serv)); serv.sin_family = AF_INET; serv.sin_port = htons(8888); serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if (bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv)) < 0) { perror("bind error"); return -1; } // 监听连接请求 listen(lfd, 3); //backlog 参数限制的是等待被 accept 的已完成连接的队列长度，而不是服务器可以处理的总客户端连接数。 // 设置SIGCHLD信号处理 struct sigaction sa; sa.sa_handler = sigchld_handler; sigemptyset(&sa.sa_mask); // 初始化信号屏蔽字为空。 sa.sa_flags = SA_RESTART; //设置信号处理之后自动重新启动被信号打断的系统调用。 if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) < 0) { perror("sigaction error"); return -1; } while (1) { struct sockaddr_in client; socklen_t len = sizeof(client); int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client, &len); if (cfd < 0) { perror("accept error"); continue; } // 打印客户端连接信息 char sIP[16]; memset(sIP, 0x00, sizeof(sIP)); printf("Client connected: IP [%s], PORT [%d]\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(client.sin_port)); pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 子进程 close(lfd); // 子进程关闭监听套接字 handle_client(cfd); // 处理客户端通信 printf("Client disconnected: IP [%s], PORT [%d]\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(client.sin_port)); exit(0); // 子进程处理完成后退出 } else if (pid > 0) { // 父进程 close(cfd); // 父进程关闭与客户端通信的套接字 } else { perror("fork error"); close(cfd); } } close(lfd); return 0; }在上面的示例代码中，父子进程中分别关掉了用不到的文件描述符（父进程不需要通信，子进程也不需要监听）。如果客户端主动断开连接，那么服务器端负责和客户端通信的子进程也就退出了，子进程退出之后会给父进程发送一个叫做SIGCHLD的信号，在父进程中通过sigaction()函数捕捉了该信号，通过回调函数callback()中的waitpid()对退出的子进程进行了资源回收。
如果父进程调用accept() 函数没有检测到新的客户端连接，父进程就阻塞在这儿了，这时候有子进程退出了，发送信号给父进程，父进程就捕捉到了这个信号SIGCHLD， 由于信号的优先级很高，会打断代码正常的执行流程，因此父进程的阻塞被中断，转而去处理这个信号对应的函数callback()，处理完毕，再次回到accept()位置，但是这是已经无法阻塞了，函数直接返回-1，此时函数调用失败，错误描述为accept: Interrupted system call，对应的错误号为EINTR，由于代码是被信号中断导致的错误，所以可以在程序中对这个错误号进行判断，让父进程重新调用accept()，继续阻塞或者接受客户端的新连接。
2.使用多线程实现并发服务器
编写多线程版的并发服务器程序和多进程思路差不多，考虑明白了对号入座即可。多线程中的线程有两大类：主线程（父线程）和子线程，他们分别要在服务器端处理监听和通信流程。根据多进程的处理思路，就可以这样设计了：
- 主线程：
- 负责监听，处理客户端的连接请求，也就是在父进程中循环调用accept()函数
- 创建子线程：建立一个新的连接，就创建一个新的子进程，让这个子进程和对应的客户端通信
- 回收子线程资源：由于回收需要调用阻塞函数，这样就会影响accept()，直接做线程分离即可。
- 子线程：负责通信，基于主线程建立新连接之后得到的文件描述符，和对应的客户端完成数据的接收和发送。
- 发送数据：send() / write()
- 接收数据：recv() / read()
在多线程版的服务器端程序中，多个线程共用同一个地址空间，有些数据是共享的，有些数据的独占的，下面来分析一些其中的一些细节：
- 同一地址空间中的多个线程的栈空间是独占的
- 多个线程共享全局数据区，堆区，以及内核区的文件描述符等资源，因此需要注意数据覆盖问题，并且在多个线程访问共享资源的时候，还需要进行线程同步。
示例代码：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <pthread.h> #include <ctype.h> // 处理客户端通信的函数 void *handle_client(void *arg) { int cfd = *(int *)arg; free(arg); struct sockaddr_in client_addr; socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr); //getpeername 函数获取与套接字 cfd 关联的远程（客户端）地址信息，并将其存储在 client_addr 结构体中。 getpeername(cfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len); char client_ip[INET_ADDRSTRLEN]; inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, sizeof(client_ip)); int client_port = ntohs(client_addr.sin_port); printf("Client connected: IP [%s], PORT [%d], FD [%d]\n", client_ip, client_port, cfd); char buf[1024]; int n; while ((n = read(cfd, buf, sizeof(buf))) > 0) { for (int i = 0; i < n; i++) { buf[i] = toupper(buf[i]); } write(cfd, buf, n); } printf("Client disconnected: IP [%s], PORT [%d], FD [%d]\n", client_ip, client_port, cfd); close(cfd); return NULL; } int main() { // 创建监听套接字 int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (lfd < 0) { perror("socket error"); return -1; } // 绑定套接字 struct sockaddr_in serv_addr; bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(8888); serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if (bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) { perror("bind error"); close(lfd); return -1; } // 监听连接请求 if (listen(lfd, 5) < 0) { perror("listen error"); close(lfd); return -1; } while (1) { struct sockaddr_in client_addr; socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr); int *cfd = malloc(sizeof(int)); //每次新建一个int类型的变量，保存不同的通信套接字 *cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len); if (*cfd < 0) { perror("accept error"); free(cfd); continue; } // 创建线程处理客户端请求 pthread_t tid; pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置线程分离属性 if (pthread_create(&tid, &attr, handle_client, cfd) != 0) { perror("pthread_create error"); close(*cfd); free(cfd); } pthread_attr_destroy(&attr); } close(lfd); return 0; } 客户端：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #define PORT 8888 #define BUFFER_SIZE 1024 #define SERVER_IP "127.0.0.1" int main() { int sock = 0, valread; struct sockaddr_in serv_addr; char buffer[BUFFER_SIZE] = {0}; char input_buffer[BUFFER_SIZE] = {0}; char *hello = "Hello from client"; int opt = 1; // 创建 TCP 套接字 if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { perror("socket creation failed"); return -1; } // 设置服务器地址结构 serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(PORT); // 将 IPv4 地址从文本转换为二进制形式 if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &serv_addr.sin_addr) <= 0) { perror("Invalid address/ Address not supported"); return -1; } // 连接服务器 if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) { perror("Connection Failed"); return -1; } printf("Connected to server\n"); // 循环发送消息并接收响应 while (1) { printf("Enter message to send (or 'exit' to quit): "); fgets(input_buffer, BUFFER_SIZE, stdin); // 去掉输入的换行符 input_buffer[strcspn(input_buffer, "\n")] = 0; // 如果输入是 'exit'，则退出循环 if (strcmp(input_buffer, "exit") == 0) { break; } // 发送消息给服务器 send(sock, input_buffer, strlen(input_buffer), 0); printf("Message sent to server: %s\n", input_buffer); // 接收服务器的响应 valread = read(sock, buffer, BUFFER_SIZE); printf("Server response: %s\n", buffer); memset(buffer, 0, sizeof(buffer)); } close(sock); return 0; } 