【高性能服务器】多线程并发模型

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对于常见的C/S模型，一个服务端通常需要服务多个客户端。如果使用单行的处理模型，当新的客户端请求服务端的服务时，就必须等待比它先到的客户端的请求全部完成。

因此引入多进程并发服务器模型。多进程并发服务器模型的简单流程图如下所示。父进程创建一个套接字，然后与自己的IP地址、端口号进行绑定。之后调用开始监听来自客户端的敲门，当有客户端来敲门时，accept()接收客户端的连接并创建一个新套接字用于与客户端通信。接下来调用fork()函数，当调用fork()函数时，操作系统会复制当前进程的一个副本，包括进程的代码、数据和状态等信息。如果其返回值为负数，表示创建子进程失败。否则他在父子进程中有不同的返回值：如果返回值为0，表示当前代码正在子进程中执行。如果返回值大于0，表示当前代码正在父进程中执行，返回的值是子进程的进程ID。因此可以使用if-else语句来编写子进程的处理代码。

在子进程中，先关闭从父进程中复制下来监听套接字，这个套接字在子进程中没有用了，纯属浪费资源，之后再进行与客户端的通信。而在父进程中，同理关闭accept()创建的新套接字，然后继续监听客户端的连接请求。

而同一进程的所有线程共享相同的内存空间，线程数据共享和通信更加方便，创建和管理线程的资源消耗较少，尤其是内存开销较小。由于线程间通信和进程间通信，多线程模型在处理大量任务时响应速度较快。

在多进程+多线程代码的基础上，将进行accept的进程修改为创建的线程工作，socket通信的功能放在线程工作函数内。

使用服务器测试业务：

客户端向标准输入发送小写字符串，服务端响应回复对应大写字符，"abcAS"->"ABCAS"

客户端向服务端发送关键字localtime，服务端响应回复系统时间、

服务端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#define _SERVER_IP "xxx.xxx.xxx.xxx"
#define _PORT 8080
#define _BACKLOG 128
#define _SHUTDOWN 1
#define _TRUE 1
#define _FALSE 0
#define _IPSIZE 16
#define _RECVLEN 1500

struct client_info
{
    int client_fd;
    struct sockaddr_in clientAddr;
};

void sig_wait(int n)
{
    pid_t zpid;
    while ((zpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0)
    {
        printf("wait Thread Tid [0x%x] Wait Successfully,Zombie %d\n", (unsigned int)pthread_self(), zpid);
    }
}

void *thread_wait(void *arg)
{
    // 设定信号捕捉
    pthread_detach(pthread_self());
    struct sigaction act, oact;
    act.sa_handler = sig_wait;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(SIGCHLD, &act, &oact);
    // 解除屏蔽
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &act.sa_mask, NULL);
    printf("wait Thread [0x%x] is Waiting...\n", (unsigned int)pthread_self());
    while (1)
        sleep(1);
    pthread_exit(NULL);
}
void *thread_recv(void *arg)
{
    int recvlen;
    char Result[_RECVLEN];
    char client_ip[_IPSIZE];
    time_t tp;
    char time_buf[100]; // 存放当前系统时间
    int toupper_flag;

    struct client_info cinfo = *((struct client_info *)arg);
    // Socket通信
    bzero(Result, sizeof(Result));
    bzero(client_ip, sizeof(client_ip));
    inet_ntop(AF_INET, &cinfo.clientAddr.sin_addr.s_addr, client_ip, _IPSIZE);
    printf("Connection From :IP[%s],PORT[%d]\n", client_ip, ntohs(cinfo.clientAddr.sin_port));
    sprintf(Result, "Hi [%s] Welcome to my TCP test server!service version 1.1.0...", client_ip);
    send(cinfo.client_fd, Result, strlen(Result), 0);
    bzero(Result, sizeof(Result));

    // 读取用户数据，如果用户发的是普通小写字符字符串，转换为大写，如果发送的是local关键字，响应时间
    // 持续响应，循环读写
    while ((recvlen = recv(cinfo.client_fd, Result, sizeof(Result), 0)) > 0)
    { // 处理客户端业务
        printf("Client Say:%s\n", Result);
        if (strcmp(Result, "localtime") == 0)
        {
            tp = time(NULL); // 获取时间种子
            ctime_r(&tp, time_buf);
            time_buf[strcspn(time_buf, "\n")] = '\0';
            printf("[%s]Response SysTime Successfully!\n", client_ip);
            send(cinfo.client_fd, time_buf, strlen(time_buf) + 1, 0);
        }
        else
        {
            toupper_flag = 0;
            while (recvlen > toupper_flag)
            {
                Result[toupper_flag] = toupper(Result[toupper_flag]);
                ++toupper_flag;
            }
            printf("[%s]Response Toupper Successfully!\n", client_ip);
            send(cinfo.client_fd, Result, recvlen, 0);
        }
    }
    if (recvlen == 0) // 客户端退出
    {
        close(cinfo.client_fd);
        printf("[%s] is Exiting,Kill Child\n", client_ip);
        exit(0);
    }

    close(cinfo.client_fd);
}

int main()
{

    struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
    int server_fd;
    int client_fd;

    // 主线程设置屏蔽
    sigset_t set, oldset;
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, SIGCHLD);
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oldset);
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_wait, NULL); // 创建回收线程

    socklen_t Addrlen;
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(_PORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bind(server_fd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
    listen(server_fd, _BACKLOG);
    printf("Test TCP Server Version 1.1.0 is Running...\n");

    while (_SHUTDOWN)
    {
        Addrlen = sizeof(clientAddr);
        if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&clientAddr, &Addrlen)) > 0)
        {

            struct client_info cinfo;
            cinfo.client_fd = client_fd;
            cinfo.clientAddr = clientAddr;
            pthread_create(&tid, NULL, thread_recv, &cinfo); // 创建工作线程
        }
        else
        {
            // accept失败，测试中断
            close(server_fd);
            if (errno == EINTR)
            {
                printf("Accept ERROR Eintr...\n");
                exit(0);
            }
        }
    }
    close(server_fd);
    return 0;
}

客户端：

#ifndef _MYSOCK_H_
#define _MYSOCK_H_

#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

int SOCKET(int domain, int type, int protocol);
int BIND(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
ssize_t RECV(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags);
ssize_t SEND(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags);
int CONNECT(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
int ACCEPT(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* addrlen);
int LISTEN(int sockfd, int backlog);
char* FGETS(char* s, int size, FILE* stream);
int SELECT(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds,
           struct timeval* timeout);
int socket_init();
int return_response(int clientfd, const char* clientip);
//void strDeal(int *client_fd);

// 全局变量声明
char recv_buf[1024];
char time_buf[64];
int serverFd, clientFd;
struct sockaddr_in clientAddr;
fd_set set, oset;
int client_array[1020];
int maxfd, ready;
socklen_t addrlen;
char clientip[16];
time_t tp;
ssize_t recvlen;
int toupper_flag;
#define SHUTDOWN 1
#endif

#include "MySock.h"


//客户端源码编写，连接服务器成功，服务器反馈信息

#define _IP "xxx.xxx.xxx.xxx"
#define _PORT 8080
int main()
{
    struct sockaddr_in ServerAddr;
    bzero(&ServerAddr,sizeof(ServerAddr));
    ServerAddr.sin_family=AF_INET;
	ServerAddr.sin_port=htons(_PORT);
    inet_pton(AF_INET,_IP,&ServerAddr.sin_addr.s_addr);
    
    int Myfd=SOCKET(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    //看需求决定是否要绑定
    char Response[1024];//存放服务端反馈信息
    ssize_t recvlen;
    bzero(Response,sizeof(Response));
    char sendbuf[1024];
    
    if((CONNECT(Myfd,(struct sockaddr *)&ServerAddr,sizeof(ServerAddr)))==0)
    {
    while(1)
    {    
     if((recvlen=RECV(Myfd,Response,sizeof(Response),0))>0)
     {
         printf("%s\n",Response);
     }
    
    printf("Please Type Some text:");//读取标准输入发送给服务端
    FGETS(sendbuf,sizeof(sendbuf),stdin);    
    sendbuf[strcspn(sendbuf,"\n")]='\0';
    SEND(Myfd,sendbuf,sizeof(sendbuf),0);
    }
    }
    close(Myfd);
    printf("Client is Over\n");
    return 0;
}