并发性服务器

news2024/12/27 21:43:41

同一时刻能处理多个客户端

多进程：

int init_tcp_ser(const char *ip,unsigned short port)
{
    int sockfd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1== sockfd)
    {
        perror("fail socket");
        return -1;
    }
    struct sockaddr_in ser;
    ser.sin_family = AF_INET;
    ser.sin_port = htons(port);
    ser.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

    int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&ser,sizeof(ser));
    if(-1 == ret)
    {
        perror("bind fail");
        return -1;
    }

    ret = listen(sockfd,128);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("listen fail");
        return -1;
    }
    return sockfd;
}

void handler(int signo)
{
    wait(NULL);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid = 0;
    int connfd = 0;
    char buf[1024] = {0};

    signal(SIGCHLD,handler);
    int sockfd = init_tcp_ser("192.168.42.128",50000);
    if(-1 == sockfd)
    {
        return -1;
    }
    while(1)
    {
        connfd = accept(sockfd,NULL,NULL);

        if(-1==connfd)
        {
            perror("fail accept");
            return -1;
        }
        pid = fork();
        if (pid > 0)
        {
        }
        else if(0==pid)
        {
            while(1)
            {
                memset(buf,0,sizeof(buf));
                ssize_t size = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);
                if(size <= 0)
                {
                    break;
                }
                printf("cli----->%s\n",buf);
                strcat(buf,"---->ok!\n");
                send(connfd,buf,strlen(buf),0);
            }
            close(connfd);
        }
    }
    return 0;
}

多线程：

int init_tcp_ser(const char *ip,unsigned short port)
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == sockfd)
    {
        perror("fail socket");
        return -1;
    }
    struct sockaddr_in ser;
    ser.sin_family = AF_INET;
    ser.sin_port =htons(port);
    ser.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&ser,sizeof(ser));
    if(-1 == ret)
    {
        perror("bind fail");
        return -1;
    }
    ret = listen(sockfd,128);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("listen fail");
        return -1;
    }
    return sockfd;
}

void *do_Something(void *arg)
{
    char buf[1024]= {0};
    int connfd = *(int *)arg;
    while(1)
    {
        memset(buf,0,sizeof(buf));
        ssize_t size = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);
        if(size <= 0)
        {
            break;
        }
        printf("----->%s\n",buf);
        strcat(buf,"------>ok!\n");
        send(connfd,buf,strlen(buf),0);
    }
    close(connfd);
    return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int connfd = 0;
    int sockfd = init_tcp_ser("192.168.42.128",50000);
    if(sockfd == -1)
    {
        printf("init_tcp_ser fail");
        return -1;
    }
    while(1)
    {
        connfd = accept(sockfd,NULL,NULL);
        if(-1 == sockfd)
        {
            perror("accept fail");
            return -1;
        }
        pthread_t tid;
        int ret1 = pthread_create(&tid,NULL,do_Something,&connfd);
        if(ret1 != 0)
        {
            perror("pthread_create fail");
            return -1;
        }
        pthread_detach(tid);
        void *retval;
        if(pthread_join(tid,&retval) == 0)
        {
            perror("pthread_join fail");
            return -1;
        }
   }
}

IO多路复用：

select：

select模型通过调用select函数来检查一个或多个文件描述符（在socket编程中通常指套接字）的状态，包括可读、可写以及异常。select函数的原型如下：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, const struct timeval *timeout);

  功能:
          监听文件描述符集合
  参数:
          nfds:监测的文件描述符上限值（最大文件描述符的值+1）
          readfds:读文件描述符集合
          writefds:写文件描述符集合
          exceptfds:异常条件的描述符集合
          timeout:设置超时时间
                      NULL:一直等待
返回值:
         成功返回产生事件文件描述符个数
         失败返回-1 
         定时时间到达仍没有事件产生返回0  

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
                   将fd从文件描述符集合中清除
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
                   判断文件描述符fd是否仍在文件描述符集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
                   将fd加入文件描述符集合中
void FD_ZERO(fd_set *set);
                   文件描述符集合清0 

优点：

  • 跨平台性：select模型是跨平台的，几乎所有的操作系统都支持。
  • 简单易用：select模型的API相对简单，使用起来比较方便。
  • 灵活性：支持监视多个文件描述符，并且可以通过设置超时参数来实现超时等待。

缺点：

  • 效率低：在大规模并发的场景下效率较低，因为需要遍历所有的文件描述符。
  • 文件描述符数量限制：对监视的文件描述符数量有限制，通常最多支持1024个（可修改，但受系统限制）。
  • IO效率不高：每次调用select都需要将监视的所有文件描述符传递给内核，效率较低。

poll:

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);


 功能:
        监听文件描述符集合中的事件
 参数:
        fds:文件描述符集合事件数组首地址
        nfds:事件个数
        timeout:超时时间
返回值:
        成功返回产生事件的文件描述符个数
        失败返回-1 
        超时时间到达仍没有产生事件返回0 

struct pollfd {
   int   fd;         /* file descriptor */
   short events;     /* requested events */
   short revents;    /* returned events */
};

epoll:

epoll模型：
1）epoll_create 创建epoll文件描述符集合
2）epoll_ctl   添加关注的文件描述符
3）epoll_wait 监控io事件
4）epoll_ctl  从事件集合中删除完成的文件描述符

int epoll_create(int size);
  功能:
                 创建一个监听事件表(内核中)
  参数:
                size:监听事件最大个数
  返回值:
                成功返回非负值：表示epoll事件表对象（句柄）
                失败返回-1 
5.epoll_ctl
  int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
  功能:
                在监听事件表中新增一个事件
  参数:
                epfd:事件表文件描述符 
                op:EPOLL_CTL_ADD 新增事件
                   EPOLL_CTL_MOD 修改事件 
                   EPOLL_CTL_DEL 删除事件
                fd:文件描述符 
                events:事件相关结构体
  返回值:
                成功返回0 
                失败返回-1 

typedef union epoll_data {
   void        *ptr;
   int          fd;
   uint32_t     u32;
   uint64_t     u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
   uint32_t     events;      /* Epoll events */
   epoll_data_t data;        /* User data variable */
};

 events:
                EPOLLIN 读事件
                EPOLLOUT 写事件
                EPOLLET 边沿触发
                LT 水平触发

6.epoll_wait
  int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
                      int maxevents, int timeout);
      功能:

                监听事件表中的事件,并将产生的事件存放到结构体数组中
  参数:
                epfd:事件表文件描述符
                events:存放结果事件结构体数组空间首地址 
                maxevents:最多存放事件个数
                timeout:超时时间
                -1:阻塞等待直到有事件发生 
  返回值:
                成功返回产生事件个数
                失败返回-1 
                超时时间到达没有事件发生返回0 

select,poll,epoll优缺点对比： 

select

优点：

  1. 可移植性好：select是较早出现的I/O多路复用技术，具有较好的跨平台性，可以在多种操作系统上运行，包括Windows、Linux和Unix等。
  2. 超时控制：select支持超时设置，允许程序在等待I/O事件时指定一个超时时间，增加了程序的灵活性。

缺点：

  1. 效率较低：select在处理大量文件描述符（FD）时效率较低。每次调用select时，都需要将用户空间的FD集合复制到内核空间，并且内核需要遍历所有的FD来检查是否有I/O事件发生，这个过程的时间复杂度为O(n)，其中n为FD的数量。当FD数量很大时，这个开销会非常大。
  2. FD数量限制：select对单个进程可监视的FD数量有限制，这个限制通常与系统的文件描述符限制相关，但select通常有一个较小的硬限制，比如1024。
  3. 信号干扰：如果select在等待期间收到了信号，并且该信号的处理函数修改了select监控的文件描述符集合，那么select的行为将是不确定的。
poll

优点：

  1. 无连接数限制：poll与select相比，一个显著的优势是它没有最大连接数的限制，因为它基于链表来存储文件描述符。
  2. 简化编程：poll的接口相对于select来说更简洁一些，它不需要开发者计算最大文件描述符加一的大小。

缺点：

  1. 效率问题：poll同样存在效率问题，每次调用poll时，也需要将用户空间的FD集合复制到内核空间，并且内核需要遍历所有的FD来检查是否有I/O事件发生，时间复杂度同样为O(n)。
  2. 数据拷贝：大量的FD数组在每次调用poll时都会被整体复制到用户态和内核地址空间之间，这会导致不必要的性能开销。
epoll

优点：

  1. 高效处理大量并发连接：epoll是专为处理大量并发连接而设计的，它采用了一种基于事件驱动的方式来工作，只处理“活跃”的socket，从而避免了无谓的遍历和等待。
  2. IO效率稳定：epoll的IO效率不会随着FD数量的增加而线性下降，这是因为它只关心那些真正发生I/O事件的socket。
  3. 使用mmap加速数据传递：epoll通过mmap机制实现了内核空间与用户空间之间的消息传递，减少了数据拷贝的次数，进一步提高了效率。

缺点：

  1. 跨平台性差：epoll是Linux特有的I/O多路复用技术，无法在其他操作系统上使用。
  2. 学习曲线较陡峭：相对于select和poll来说，epoll的API较为复杂，需要一定的学习成本。
  3. 活动连接多时性能下降：虽然epoll在处理大量并发连接时效率很高，但当活动连接非常多时，频繁的调用epoll_wait可能会导致性能下降。

综上所述，select、poll和epoll各有优缺点，在实际应用中应根据具体需求和环境选择合适的I/O多路复用技术。对于需要处理大量并发连接的场景，epoll是更好的选择；而对于跨平台性要求较高的场景，则可能需要考虑使用select或poll。

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