學習過《軟體工程》吧.軟體工程可是每一個程式 員"必修"的課程啊.如果你沒有學習過, 建議你去看一看. 在這一章裡面,我們一起來從軟體工程的角度學習網路編程的思想.在我們寫程式之前, 我們都 應該從軟體工程的角度規劃好我們的軟體,這樣我們開發軟體的效率才會高. 在網路程式裡面,一般的來說都是許多客戶機對應一個伺服器.為了處理客戶機的請 求, 對服務端的程式就提出了特殊的要求.我們學習一下目前最常用的伺服器模型.
迴圈伺服器:迴圈伺服器在同一個時刻只可以響應一個用戶端的請求
並發伺服器:並發伺服器在同一個時刻可以響應多個用戶端的請求
9.1 迴圈伺服器:UDP伺服器
UDP迴圈伺服器的實現非常簡單:UDP伺服器每次從通訊端上讀取一個用戶端的請求,處理, 然後將結果返回給客戶機.
可以用下面的演算法來實現.
socket(...);
bind(...);
while(1)
{
recvfrom(...);
process(...);
sendto(...);
}
因為UDP是非連線導向的,沒有一個用戶端可以老是佔住服務端. 只要處理過程不是死迴圈, 伺服器對於每一個客戶機的請求總是能夠滿足.
9.2 迴圈伺服器:TCP伺服器
TCP迴圈伺服器的實現也不難:TCP伺服器接受一個用戶端的串連,然後處理,完成了這個客戶的所有請求後,中斷連線.
演算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
}
TCP迴圈伺服器一次只能處理一個用戶端的請求.只有在這個客戶的所有請求都滿足後, 伺服器才可以繼續後面的請求.這樣如果有一個用戶端佔住伺服器不放時,其它的客戶機都不能工作了.因此,TCP伺服器一般很少用迴圈伺服器模型的.
9.3 並發伺服器:TCP伺服器
為了彌補迴圈TCP伺服器的缺陷,人們又想出了並發伺服器的模型. 並發伺服器的思想是每一個客戶機的請求並不由伺服器直接處理,而是伺服器建立一個 子進程來處理.
演算法如下:
socket(...);
bind(...);
listen(...);
while(1)
{
accept(...);
if(fork(..)==0)
{
while(1)
{
read(...);
process(...);
write(...);
}
close(...);
exit(...);
}
close(...);
}
TCP並發伺服器可以解決TCP迴圈伺服器客戶機獨佔伺服器的情況. 不過也同時帶來了一個不小的問題.為了響應客戶機的請求,伺服器要建立子進程來處理. 而建立子進程是一種非常消耗資源的操作.
9.4 並發伺服器:多工I/O
為瞭解決建立子進程帶來的系統資源消耗,人們又想出了多工I/O模型.
首先介紹一個函數select
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,
fd_set *except fds,struct timeval *timeout)
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
一般的來說當我們在向檔案讀寫時,進程有可能在讀寫出阻塞,直到一定的條件滿足. 比如我們從一個通訊端讀資料時,可能緩衝區裡面沒有資料可讀 (通訊的對方還沒有 發送資料過來),這個時候我們的讀調用就會等待(阻塞)直到有資料可讀.如果我們不 希望阻塞,我們的一個選擇是用select系統 調用. 只要我們設定好select的各個參數,那麼當檔案可以讀寫的時候select回"通知"我們 說可以讀寫了. readfds所有要讀的檔案文 件描述符的集合
writefds所有要的寫檔案檔案描述符的集合
exceptfds其他的服要向我們通知的檔案描述符
timeout逾時設定.
nfds所有我們監控的檔案描述符中最大的那一個加1
在我們調用select時進程會一直阻塞直到以下的一種情況發生. 1)有檔案可以讀.2)有檔案可以寫.3)逾時所設定的時間到.
為了設定檔案描述符我們要使用幾個宏. FD_SET將fd加入到fdset
FD_CLR將fd從fdset裡面清除
FD_ZERO從fdset中清除所有的檔案描述符
FD_ISSET判斷fd是否在fdset集合中
使用select的一個例子
int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;
maxfd=readfd[0];
for(i=1;i
if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
while(1)
{
/* 將所有的檔案描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);
for(i=0;i
FD_SET(readfd[i],*my_readfd);
/* 進程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
/* 有東西可以讀了 */
for(i=0;i
if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
{
/* 原來是我可以讀了 */
we_read(readfd[i]);
}
}
}
使用select後我們的伺服器程式就變成了.
初始話(socket,bind,listen);
while(1)
{
設定監聽讀寫檔案描述符(FD_*);
調用select;
如果是傾聽通訊端就緒,說明一個新的串連請求建立
{
建立串連(accept);
加入到監聽檔案描述符中去;
}
否則說明是一個已經串連過的描述符
{
進行操作(read或者write);
}
}
多工I/O可以解決資源限制的問題.著模型實際上是將UDP迴圈模型用在了TCP上面. 這也就帶來了一些問題.如由於伺服器依次處理客戶的請求,所以可能會導致有的客戶 會等待很久.
9.5 並發伺服器:UDP伺服器
人們把並發的概念用於UDP就得到了並發UDP伺服器模型. 並發UDP伺服器模型其實是簡單的.和並發的TCP伺服器模型一樣是建立一個子進程來處理的 演算法和並發的TCP模型一樣.
除非伺服器在處理用戶端的請求所用的時間比較長以外,人們實際上很少用這種模型.
9.6 一個並發TCP伺服器執行個體
#include
#include
#include
#include
#include
#define MY_PORT 8888
int main(int argc ,char **argv)
{
int listen_fd,accept_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
int n;
if((listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
printf("Socket Error:%s/n/a",strerror(errno));
exit(1);
}
bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
client_addr.sin_family=AF_INET;
client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
n=1;
/* 如果伺服器終止後,伺服器可以第二次快速啟動而不用等待一段時間 */
setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("Bind Error:%s/n/a",strerror(errno));
exit(1);
}
listen(listen_fd,5);
while(1)
{
accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
continue;
else if(accept_fd<0)
{
printf("Accept Error:%s/n/a",strerror(errno));
continue;
}
if((n=fork())==0)
{
/* 子進程處理用戶端的串連 */
char buffer[1024];
close(listen_fd);
n=read(accept_fd,buffer,1024);
write(accept_fd,buffer,n);
close(accept_fd);
exit(0);
}
else if(n<0)
printf("Fork Error:%s/n/a",strerror(errno));
close(accept_fd);
}
}
你可以用我們前面寫用戶端程式來調試著程式,或者是用來telnet調試