《unix網絡編程》第一卷中將客戶服務器程序設計方法講得透徹，這篇文章將其中編碼的細節略去，通過偽代碼的形式展現，主要介紹各種方法的思想；
示例是一個經典的TCP回射程序： 客戶端發起連接請求，連接后發送一串數據；收到服務端的數據后輸出到終端； 服務端收到客戶端的數據后原樣回寫給客戶端；
客戶端偽代碼：
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//與服務端建立連接connect(sockfd);//連接建立后從終端讀入數據并發送到服務端；//從服務端收到數據后回寫到終端while(fgets(sendline,MAXLINE,fileHandler)!= NULL){ writen(sockfd,sendline,strlen(sendline)); if(readline(sockfd,recvline,MAXLINE) == 0){ cout << "recive over!"; } fputs(recvline,stdout);}下面介紹服務端程序處理多個客戶請求的開發范式；
多進程處理對于多個客戶請求，服務器端采用fork的方式創建新進程來處理；
處理流程：
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);while(true){ //服務器端在這里阻塞等待新客戶連接 connfd = accept(listenfd); if( fork() ==0){//子進程 close(listenfd); while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); } } close(connfd);}這種方法開發簡單，但對操作系統而言，進程是一種昂貴的資源，對于每個新客戶請求都使用一個進程處理，開銷較大； 對于客戶請求數不多的應用適用這種方法；
預先分配進程池，accept無上鎖保護上一種方法中，每來一個客戶都創建一個進程處理請求，完畢后再釋放； 不間斷的創建和結束進程浪費系統資源； 使用進程池預先分配進程，通過進程復用，減少進程重復創建帶來的系統消耗和時間等待；
優點：消除新客戶請求到達來創建進程的開銷； 缺點：需要預先估算客戶請求的多少（確定進程池的大小）
源自Berkeley內核的系統，有以下特性： 派生的所有子進程各自調用accep()監聽同一個套接字，在沒有用戶請求時都進入睡眠； 當有新客戶請求到來時，所有的客戶都被喚醒；內核從中選擇一個進程處理請求，剩余的進程再次轉入睡眠（回到進程池）；
利用這個特性可以由操作系統來控制進程的分配； 內核調度算法會把各個連接請求均勻的分散到各個進程中；
處理流程：
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);for(int i = 0;i< children;i++){ if(fork() == 0){//子進程 while(true){ //所有子進程監聽同一個套接字，等待用戶請求 int connfd = accept(listenfd); close(listenfd); //連接建立后處理用戶請求，完畢后關閉連接 while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); } close(connfd); } }}如何從進程池中取出進程？ 所有的進程都通過accept()阻塞等待，等連接請求到來后，由內核從所有等待的進程中選擇一個進程處理；
處理完的進程，如何放回到池子中？ 子進程處理完客戶請求后，通過無限循環，再次阻塞在accpet()上等待新的連接請求；
注意： 多個進程accept()阻塞會產生“驚群問題”：盡管只有一個進程將獲得連接，但是所有的進程都被喚醒；這種每次有一個連接準備好卻喚醒太多進程的做法會導致性能受損；
預先分配進程池，accept上鎖（文件鎖、線程鎖）上述不上鎖的實現存在移植性的問題（只能在源自Berkeley的內核系統上）和驚群問題， 更為通用的做法是對accept上鎖；即避免讓多個進程阻塞在accpet調用上，而是都阻塞在獲取鎖的函數中；
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);for(int i = 0;i< children;i++){ if(fork() == 0){ while(true){ my_lock_wait();//獲取鎖 int connfd = accept(listenfd); my_lock_release();//釋放鎖 close(listenfd); while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); } close(connfd); } }}上鎖可以使用文件上鎖，線程上鎖；
關于上鎖的編碼細節詳見《網絡編程》第30章；
預先分配進程池，傳遞描述符；與上面的每個進程各自accept接收監聽請求不同，這個方法是在父進程中統一接收accpet()用戶請求，在連接建立后，將連接描述符傳遞給子進程；
處理流程：
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);//預先建立子進程池for(int i = 0;i< children;i++){ //使用Unix域套接字創建一個字節流管道，用來傳遞描述符 socketpair(AF_LOCAL,SOCK_STREAM,0,sockfd); if(fork() == 0){//預先創建子進程 //子進程字節流到父進程 dup2(sockfd[1],STDERR_FILENO); close(listenfd); while(true){ //收到連接描述符 if(read_fd(STDERR_FILENO,&connfd) ==0){; continue; } while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ //處理用戶請求 writen(connfd,buf); } close(connfd); //通知父進程處理完畢，本進程可以回到進程池 write(STDERR_FILENO,"",1); } }}while(true){ //監聽listen套接字描述符和所有子進程的描述符 select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); if(FD_ISSET(listenfd,&rset){//有客戶連接請求 connfd = accept(listenfd);//接收客戶連接 //從進程池中找到一個空閑的子進程 for(int i = 0 ;i < children;i++){ if(child_status[i] == 0) break; } child_status[i] = 1;//子進程從進程池中分配出去 write_fd(childfd[i],connfd);//將描述符傳遞到子進程中 close(connfd); } //檢查子進程的描述符，有數據，表明已經子進程請求已處理完成，回收到進程池 for(int i = 0 ;i < children;i++){ if(FD_ISSET(childfd[i],&rset)){ if(read(childfd[i])>0){ child_status[i] = 0; } } }}為每個用戶創建一個線程，這種方法比為每個用戶創建一個進程要快出許多倍；
處理流程：
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);while(true){ connfd = accept(listenfd); //連接建立后，創建新線程處理具體的用戶請求 pthread_create(&tid,NULL,&do_function,(void*)connfd); close(connfd);}--------------------//具體的用戶請求處理函數（子線程主體）void * do_function(void * connfd){ pthread_detach(pthread_self()); while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); close((int)connfd);}處理流程：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);//預先創建線程池，將監聽描述符傳給每個新創建的線程for(int i = 0 ;i <threadnum;i++){ pthread_create(&tid[i],NULL,&thread_function,(void*)connfd);}--------------------//具體的用戶請求處理//通過鎖保證任何時刻只有一個線程阻塞在accept上等待新用戶的到來；其它的線程都//在等鎖；void * thread_function(void * connfd){ while(true){ pthread_mutex_lock(&mlock); // 線程上鎖 connfd = accept(listenfd); pthread_mutex_unlock(&mlock);//線程解鎖 while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); close(connfd); }}使用源自Berkeley的內核的Unix系統時，我們不必為調用accept而上鎖， 去掉上鎖的兩個步驟后，我們發現沒有上鎖的用戶時間減少（因為上鎖是在用戶空間中執行的線程函數完成的)，而系統時間卻增加很多（每一個accept到達，所有的線程都變喚醒，引發內核的驚群問題，這個是在線程內核空間中完成的）; 而我們的線程都需要互斥，讓內核執行派遣還不讓自己通過上鎖來得快；
這里沒有必要使用文件上鎖，因為單個進程中的多個線程，總是可以通過線程互斥鎖來達到同樣目的；（文件鎖更慢）
預先創建線程池，主線程accept后傳遞描述符處理流程：
激活條件等待的方式有兩種：pthread_cond_signal()激活一個等待該條件的線程，存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。
注：一般應用中條件變量需要和互斥鎖一同使用； 在調用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊列以前，mutex保持鎖定狀態，并在線程掛起進入等待前解鎖。在條件滿足從而離開pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應。
服務端偽代碼：
listenFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bind(listenFd,addR);listen(listenFD);for(int i = 0 ;i <threadnum;i++){ pthread_create(&tid[i],NULL,&thread_function,(void*)connfd);}while(true){ connfd = accept(listenfd); pthread_mutex_lock(&mlock); // 線程上鎖 childfd[iput] = connfd;//將描述符的句柄放到數組中傳給獲取到鎖的線程； if(++iput == MAX_THREAD_NUM) iput= 0; if(iput == iget) err_quit("thread num not enuough!"); pthread_cond_signal(&clifd_cond);//發信號，喚醒一個睡眠線程（輪詢喚醒其中的一個） pthread_mutex_unlock(&mlock);//線程解鎖}--------------------void * thread_function(void * connfd){ while(true){ pthread_mutex_lock(&mlock); // 線程上鎖 //當無沒有收到連接句柄時，睡眠在條件變量上，并釋放mlock鎖 //滿足條件被喚醒后，重新加mlock鎖 while(iget == iput) pthread_cond_wait(&clifd_cond,&mlock); connfd = childfd[iget]; if(++iget == MAX_THREAD_NUM) iget = 0; pthread_mutex_unlock(&mlock);//線程解鎖 //處理用戶請求 while(n=read(connfd,buf,MAXLINE)>0){ writen(connfd,buf); close(connfd); }}測試表明這個版本的服務器要慢于每個線程各自accpet的版本，原因在于這個版本同時需要互斥鎖和條件變量，而上一個版本只需要互斥鎖；
線程描述符的傳遞和進程描述符的傳遞的區別？ 在一個進程中打開的描述符對該進程中的所有線程都是可見的，引用計數也就是1； 所有線程訪問這個描述符都只需要通過一個描述符的值（整型）訪問； 而進程間的描述符傳遞，傳遞的是描述符的引用；（好比一個文件被2個進程打開，相應的這個文件的描述符引用計數增加2）；
總結《unix網絡編程》第一卷 套接字聯網API
Posted by: 大CC | 05APR,2015 博客：blog.me115.com [訂閱] 微博：新浪微博
新聞熱點
疑難解答
