socket服务器并发处理

Posted 2020-10-17 镜花水月小朋友

我们知道，服务器通常是要同时服务多个客户端的，如果我们运行上一篇实现的server和client之后，再开一个终端运行client试试，新的client就不能能得到服务了。因为服务器之支持一个连接。

网络服务器通常用fork来同时服务多个客户端，父进程专门负责监听端口，每次accept一个新的客户端连接就fork出一个子进程专门服务这个客户端。但是子进程退出时会产生僵尸进程，父进程要注意处理SIGCHLD信号和调用wait清理僵尸进程。

下面是代码框架：

 

[cpp] view plain copy

 

 

1. listenfd = socket(...);  
2. bind(listenfd, ...);  
3. listen(listenfd, ...);  
4. while (1) {  
5.          connfd= accept(listenfd, ...);  
6.          n= fork();  
7.          if(n == -1) {  
8.                    perror("callto fork");  
9.                    exit(1);  
10.          }else if (n == 0) {  
11.                    close(listenfd);  
12.                    while(1) {  
13.                             read(connfd,...);  
14.                             ...  
15.                             write(connfd,...);  
16.                    }  
17.                    close(connfd);  
18.                    exit(0);  
19.          }else  
20.                    close(connfd);  
21. }  

 

现在做一个测试，首先启动server，然后启动client，然后用Ctrl-C使server终止，这时马上再运行server，结果是：

 binderror: Address already in use

这是因为，虽然server的应用程序终止了，但TCP协议层的连接并没有完全断开，因此不能再次监听同样的server端口。server终止时，socket描述符会自动关闭并发FIN段给client，client收到FIN后处于CLOSE_WAIT状态，但是client并没有终止，也没有关闭socket描述符，因此不会发FIN给server，因此server的TCP连接处于FIN_WAIT2状态。

 

现在用Ctrl-C把client也终止掉，再观察现象结果是：

 binderror: Address already in useclient

终止时自动关闭socket描述符，server的TCP连接收到client发的FIN段后处于TIME_WAIT状态。TCP协议规定，主动关闭连接的一方要处于TIME_WAIT状态，等待两个MSL（maximum segment lifetime）的时间后才能回到CLOSED状态，因为我们先Ctrl-C终止了server，所以server是主动关闭连接的一方，在TIME_WAIT期间仍然不能再次监听同样的server端口。MSL在RFC1122中规定为两分钟，但是各操作系统的实现不同，在Linux上一般经过半分钟后就可以再次启动server了。

在server的TCP连接没有完全断开之前不允许重新监听是不合理的，因为，TCP连接没有完全断开指的是connfd（127.0.0.1:8000）没有完全断开，而我们重新监听的是listenfd（0.0.0.0:8000），虽然是占用同一个端口，但IP地址不同，connfd对应的是与某个客户端通讯的一个具体的IP地址，而listenfd对应的是wildcard address。解决这个问题的方法是使用setsockopt()设置socket描述符的选项SO_REUSEADDR为1，表示允许创建端口号相同但IP地址不同的多个socket描述符。在server代码的socket()和bind()调用之间插入如下代码： 

[cpp] view plain copy

 

 

1. int opt = 1;  
2. setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));  

select是网络程序中很常用的一个系统调用，它可以同时监听多个阻塞的文件描述符（例如多个网络连接），哪个有数据到达就处理哪个，这样，不需要fork和多进程就可以实现并发服务的server。

 

[cpp] view plain copy

 

 

1. /* server.c */  
2. #include <stdio.h>  
3. #include <stdlib.h>  
4. #include <string.h>  
5. #include <netinet/in.h>  
6. #include "wrap.h"  
7.    
8. #define MAXLINE 80  
9. #define SERV_PORT 8000  
10.    
11. int main(int argc, char **argv)  
12. {  
13.          inti, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;  
14.          intnready, client[FD_SETSIZE];  
15.          ssize_tn;  
16.          fd_setrset, allset;  
17.          charbuf[MAXLINE];  
18.          charstr[INET_ADDRSTRLEN];  
19.          socklen_tcliaddr_len;  
20.          structsockaddr_in  cliaddr, servaddr;  
21.    
22.          listenfd= Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
23.    
24.          bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));  
25.          servaddr.sin_family      = AF_INET;  
26.          servaddr.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY);  
27.          servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT);  
28.    
29.          Bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));  
30.    
31.          Listen(listenfd,20);  
32.    
33.          maxfd= listenfd;               /* initialize */  
34.          maxi= -1;                            /* indexinto client[] array */  
35.          for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)  
36.                   client[i] = -1;     /* -1 indicates available entry */  
37.          FD_ZERO(&allset);  
38.          FD_SET(listenfd,&allset);  
39.    
40.          for( ; ; ) {  
41.                    rset= allset;    /* structure assignment */  
42.                    nready= select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);  
43.                    if(nready < 0)  
44.                             perr_exit("selecterror");  
45.    
46.                    if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* new client connection */  
47.                             cliaddr_len= sizeof(cliaddr);  
48.                             connfd= Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);  
49.    
50.                             printf("receivedfrom %s at PORT %d\n",  
51.                                    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr,str, sizeof(str)),  
52.                                    ntohs(cliaddr.sin_port));  
53.    
54.                             for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)  
55.                                      if(client[i] < 0) {  
56.                                                client[i]= connfd; /* save descriptor */  
57.                                                break;  
58.                                      }  
59.                             if(i == FD_SETSIZE) {  
60.                                      fputs("toomany clients\n", stderr);  
61.                                      exit(1);  
62.                             }  
63.    
64.                             FD_SET(connfd,&allset);         /* add newdescriptor to set */  
65.                             if(connfd > maxfd)  
66.                                      maxfd= connfd; /* for select */  
67.                             if(i > maxi)  
68.                                      maxi= i;   /* max index in client[] array */  
69.    
70.                             if(--nready == 0)  
71.                                      continue; /* no more readable descriptors */  
72.                    }  
73.    
74.                    for(i = 0; i <= maxi; i++) { /* check allclients for data */  
75.                             if( (sockfd = client[i]) < 0)  
76.                                      continue;  
77.                             if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {  
78.                                      if( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {  
79.                                                /*connection closed by client */  
80.                                                Close(sockfd);  
81.                                                FD_CLR(sockfd,&allset);  
82.                                                client[i]= -1;  
83.                                      }else {  
84.                                                intj;  
85.                                                for(j = 0; j < n; j++)  
86.                                                         buf[j]= toupper(buf[j]);  
87.                                                Write(sockfd,buf, n);  
88.                                      }  
89.    
90.                                      if(--nready == 0)  
91.                                                break;       /* no more readable descriptors */  
92.                             }  
93.                    }  
94.          }  
95. }