socket服务器并发处理
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:
- listenfd = socket(...);
- bind(listenfd, ...);
- listen(listenfd, ...);
- while (1) {
- connfd= accept(listenfd, ...);
- n= fork();
- if(n == -1) {
- perror("callto fork");
- exit(1);
- }else if (n == 0) {
- close(listenfd);
- while(1) {
- read(connfd,...);
- ...
- write(connfd,...);
- }
- close(connfd);
- exit(0);
- }else
- close(connfd);
- }
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:
- int opt = 1;
- 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。
- /* server.c */
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include "wrap.h"
- #define MAXLINE 80
- #define SERV_PORT 8000
- int main(int argc, char **argv)
- {
- inti, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
- intnready, client[FD_SETSIZE];
- ssize_tn;
- fd_setrset, allset;
- charbuf[MAXLINE];
- charstr[INET_ADDRSTRLEN];
- socklen_tcliaddr_len;
- structsockaddr_in cliaddr, servaddr;
- listenfd= Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
- bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
- servaddr.sin_family = AF_INET;
- servaddr.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY);
- servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
- Bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
- Listen(listenfd,20);
- maxfd= listenfd; /* initialize */
- maxi= -1; /* indexinto client[] array */
- for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
- client[i] = -1; /* -1 indicates available entry */
- FD_ZERO(&allset);
- FD_SET(listenfd,&allset);
- for( ; ; ) {
- rset= allset; /* structure assignment */
- nready= select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
- if(nready < 0)
- perr_exit("selecterror");
- if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* new client connection */
- cliaddr_len= sizeof(cliaddr);
- connfd= Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
- printf("receivedfrom %s at PORT %d\n",
- inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr,str, sizeof(str)),
- ntohs(cliaddr.sin_port));
- for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
- if(client[i] < 0) {
- client[i]= connfd; /* save descriptor */
- break;
- }
- if(i == FD_SETSIZE) {
- fputs("toomany clients\n", stderr);
- exit(1);
- }
- FD_SET(connfd,&allset); /* add newdescriptor to set */
- if(connfd > maxfd)
- maxfd= connfd; /* for select */
- if(i > maxi)
- maxi= i; /* max index in client[] array */
- if(--nready == 0)
- continue; /* no more readable descriptors */
- }
- for(i = 0; i <= maxi; i++) { /* check allclients for data */
- if( (sockfd = client[i]) < 0)
- continue;
- if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
- if( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
- /*connection closed by client */
- Close(sockfd);
- FD_CLR(sockfd,&allset);
- client[i]= -1;
- }else {
- intj;
- for(j = 0; j < n; j++)
- buf[j]= toupper(buf[j]);
- Write(sockfd,buf, n);
- }
- if(--nready == 0)
- break; /* no more readable descriptors */
- }
- }
- }
- }
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