(摘)I/O多路复用详解(一)

(原)Socket API 编程模型

孔令春 posted @ 2009年10月15日 00:14 in 网络安全 with tags Socket API 编程模型 , 2807 阅读

      在网络程序里面,一般的来说都是许多客户机对应一个服务器。为了处理客户机的请求,对服务端的程序就提出了特殊的要求。我们学习一下目前最常用的服务器模型:

      循环服务器:循环服务器在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求 。

      并发服务器:并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求 。


1、 循环服务器:UDP服务器 
     UDP循环服务器的实现非常简单:UDP服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求,处理, 然后将结果返回给客户机。

可以用下面的算法来实现:

  

   socket(...);
   bind(...);
   while(1)
    {
         recvfrom(...);
         process(...);
         sendto(...);
   } 



    因为UDP是非面向连接的,没有一个客户端可以老是占住服务端。只要处理过程不是死循环, 服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。 

 
2、 循环服务器:TCP服务器 
     TCP循环服务器的实现也不难:TCP服务器接受一个客户端的连接,然后处理,完成了这个客户的所有请求后,断开连接。 

算法如下:

        socket(...);
        bind(...);
        listen(...);
        while(1)
        {
                accept(...);
                while(1)
                {
                        read(...);
                        process(...);
                        write(...);
                }
                close(...);
        } 



      TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求。只有在这个客户的所有请求都满足后, 服务器才可以继续后面的请求。这样如果有一个客户端占住服务器不放时,其它的客户机都不能工作了。因此,TCP服务器一般很少用循环服务器模型的。

3、 并发服务器:TCP服务器 
      为了弥补循环TCP服务器的缺陷,人们又想出了并发服务器的模型。 并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理,而是服务器创建一个 子进程来处理。

算法如下: 

socket(...);
  bind(...);
  listen(...);
  while(1)
  {
        accept(...);
        if(fork(..)==0)
          {
              while(1)
               {        
                read(...);
                process(...);
                write(...);
               }
           close(...);
           exit(...);
          }
        close(...);
  }      



      TCP并发服务器可以解决TCP循环服务器客户机独占服务器的情况, 不过也同时带来了一个不小的问题。为了响应客户机的请求,服务器要创建子进程来处理,而创建子进程是一种非常消耗资源的操作。 

4、 并发服务器:多路复用I/O 
      为了解决创建子进程带来的系统资源消耗,人们又想出了多路复用I/O模型。

初始话(socket,bind,listen);
        
    while(1)
        {
        设置监听读写文件描述符(FD_*);   
        
        调用select;
        
        如果是倾听套接字就绪,说明一个新的连接请求建立
             { 
                建立连接(accept);
                加入到监听文件描述符中去;
             }
       否则说明是一个已经连接过的描述符
                {
                    进行操作(read或者write);
                 }
                        
        }                



      多路复用I/O可以解决资源限制的问题.着模型实际上是将UDP循环模型用在了TCP上面. 这也就带来了一些问题.如由于服务器依次处理客户的请求,所以可能会导致有的客户 会等待很久. 

5 并发服务器:UDP服务器 
      人们把并发的概念用于UDP就得到了并发UDP服务器模型. 并发UDP服务器模型其实是简单的.和并发的TCP服务器模型一样是创建一个子进程来处理的 算法和并发的TCP模型一样. 

除非服务器在处理客户端的请求所用的时间比较长以外,人们实际上很少用这种模型. 

 

6、一个简单的TCP循环服务器实例:时间获取程序

服务器端接收客户端的连接,并将欢迎信息和当时时间发送至客户端。代码如下:

/**
  * timeTcpServ.c
  * 简单的时间获取服务器
  */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

#define SERVER_PORT 3333   //服务器端口号
#define LEN_OF_LISTEN_QUEUE 10 //最大监听队列数
#define WELCOME_MESSAGE "welcome to commect the server.\n" //欢迎信息

int main(int argc, char *argv[])
{
	int servfd, clifd;
	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

	//创建socket
	if( (servfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0 ) 
	{
		printf("Create socket error!\n");
		exit(1);
	}

	//设置服务器地址结构
	bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));  
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
	servaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

	//绑定服务器地址
	if( bind(servfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0 )
	{
		printf("Bind to port %d failure!\n", 
                        SERVER_PORT);
		exit(1);
	}

	//开始监听
	if( listen(servfd, LEN_OF_LISTEN_QUEUE) < 0 )
	{
		printf("Call listen failure!\n");
		exit(1);
	}

	printf("Wait for connect...\n");

	while(1)
	{
		char buf[BUFSIZ];
		socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);

		//接受连接
		if( (clifd = accept(servfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen)) < 0 ) 
		{
			printf("Call accept failure!\n");
			exit(1);
		}

		//打印客户端ip及端口号
		printf("connect form %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));

		//整合要发送的信息
		strcpy(buf,WELCOME_MESSAGE);
		strcat(buf,"\nCurrent time is:");
		long currtime = time(NULL);
		strcat(buf,ctime(&currtime));

		//发送信息
		send(clifd, buf, BUFSIZ,0);
		close(clifd);
	}

	close(servfd);
	return 0;
}

 

客户端程序连接上服务器端之后,接收服务器端信息并将之打印到屏幕上,代码如下:

/**
  *时间获取客户端程序
  */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h>

#define SERVER_PORT 3333  //服务器端口号

int main(int argc, char *argv[])
{
	int servfd;
	struct sockaddr_in servaddr;
	struct hostent  *hp;
	char buf[BUFSIZ];

	if( argc != 2 )
	{
		printf("Please input %s <hostname>\n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	//创建socket
	if( (servfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0)) < 0 )
	{
		printf("Create socket error!\n");
		exit(1);
	}

	//设置服务器地址结构
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	if( (hp = gethostbyname(argv[1])) != NULL )
	{
		bcopy(hp->h_addr, (struct sockaddr*)&servaddr.sin_addr, hp->h_length);
	}
	else if(inet_aton(argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0 )
	{
		printf("Input Server IP error!\n");
		exit(1);
	}
	servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

	//连接服务器
	if( connect(servfd,(struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0 )
	{
		printf("Connect server failure!\n");
		exit(1);
	}

	//接收并打印信息
	recv(servfd,buf,BUFSIZ,0);
	printf("\n%s\n",buf);

	close(servfd);
	return 0;
}

 

参考网址:http://fanqiang.chinaunix.net/program/netpro/2001-05-08/1968.shtml

 

 


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