Linux TCP server系列（5）-select模式下的单进程server

目标：
让服务器退化为单进程模式，但是利用select来提升性能

思路：
    （1）服务器
       传统的单进程服务器一旦accept了客户端的TCP连接后，就转入客户请求的处理，处理完成后才能再一次的调用accept来接受下一个客户端的TCP连接和请求。
       为了更加提高单进程server的性能，本程序使用select这种IO复用的模式，同时监听已经连接的socket端口和正在监听的服务器listening端口，这样一来，就可以大大提升sever处理并发请求的能力。
      select的使用方式如下：
      a）定义fd_set
         fd_set allset;
         select允许我们监听来自标准输入，标准输出，标准错误输出的IO信号，本例中我们监听标准输入IO信号集
      b）注册将要被监听的fd
       FD_SET( listenfd, &allset )
        通过FD_SET和 FD_CLR可以注册和清除某个fd_set内的fd项，使得在调用select的时候可以监听或者取消监听某个fd
     c）如果IO信号到达，识别并处理
        通过FD_ISSET可以判断select所监听的fd_set上的IO是否有状态变化，一旦返回true，则可以对该fd进行操作。

     select使用事项及技巧：
       a）使用select时应该注意，如果select有timeout设置，那么每次select之前都要再重新设置一下timeout的值，因为select成功的话会修改timeout的值。
       b）本例中，如果我们在某次select中捕获到listenfd的IO状态有变，也就是说有新的客户端连接，我们不会马上做客户端的请求处理，而是把连接到的socket fd插入到select的监听集合中，然后继续探测其他监听集有IO状态变化（这里的其他监听集就是每个已经连接的客户端的socket fd的状态），如果有变化则马上处理client的请求。这样做的好处是我们及时处理了已连接的客户端的请求，而不是被新连接的客户端的请求所抢占，反正旧客户端被饿死的情况发生。
       c）本例是在单进程服务器上使用select，所以适合简单客户请求处理，也就是短连接的情况，如果需要长时间服务于多个客户，可以使用fork加以辅助
（2）客户端无需改动

代码：

server.cpp

  1 #include<sys/types.h>
  2 #include<sys/socket.h>
  3 #include<strings.h>
  4 #include<arpa/inet.h>
  5 #include<unistd.h>
  6 #include<stdlib.h>
  7 #include<stdio.h>
  8 #include<string.h>
  9 #include<errno.h>
 10 #include<signal.h>
 11 #include<sys/wait.h>
 12 #include<pthread.h>
 13 
 14 #define LISTEN_PORT 84
 15 
 16 void str_echo(int sockfd)            // 服务器收到客户端的消息后的响应
 17 {
 18     ssize_t n;
 19     char line[512];
 20 
 21     printf("ready to read/n");
 22 
 23     while( (n=read(sockfd,line,512))>0 )
 24     {
 25         line[n]='/0';
 26         printf("Client Diary: %s/n",line);
 27 
 28         char msgBack[512];
 29         snprintf(msgBack,sizeof(msgBack),"recv: %s/n",line);
 30         write(sockfd,msgBack,strlen(msgBack));
 31         bzero(&line,sizeof(line));
 32     }
 33 
 34     printf("end read/n");
 35 
 36 }
 37 
 38 void sig_child(int signo)         //父进程对子进程结束的信号处理
 39 {
 40     pid_t pid;
 41     int   stat;
 42 
 43     while( (pid=waitpid(-1,&stat,WNOHANG))>0)
 44     printf("child %d terminated/n",pid);
 45 
 46     return;
 47 }
 48 
 49 
 50 int main(int argc, char **argv)
 51 {
 52 
 53     int listenfd, connfd;
 54     pid_t childpid;
 55     socklen_t chilen;
 56 
 57     struct sockaddr_in chiaddr,servaddr;
 58 
 59     //values for select
 60     int i,maxi,maxfd,sockfd;
 61     int nready,client[FD_SETSIZE];
 62     ssize_t n;
 63     fd_set rset,allset;
 64     //values for select
 65 
 66     listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
 67     if(listenfd==-1)
 68     {
 69         printf("socket established error: %s/n",(char*)strerror(errno));    
 70     }
 71 
 72     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
 73     servaddr.sin_family=AF_INET;
 74     servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
 75     servaddr.sin_port=htons(LISTEN_PORT);
 76 
 77     int bindc=bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
 78     if(bindc==-1)
 79     {
 80         printf("bind error: %s/n",strerror(errno));
 81     }
 82 
 83     listen(listenfd,SOMAXCONN);               //limit是SOMAXCONN
 84 
 85     //initial "select" elements
 86     maxfd=listenfd;                     //新增listenfd，所以更新当前的最大fd
 87     maxi=-1;
 88     for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++)
 89     client[i] = -1;
 90     FD_ZERO(&allset);
 91     FD_SET(listenfd,&allset);    
 92     //initial "select" elements
 93 
 94     signal(SIGCHLD,sig_child);
 95     for(;;)
 96     {
 97         rset=allset;   //rset和allset的搭配使得新加入的fd要等到下次select才会被监听
 98         nready=select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); //一开始select监听的是监听口
 99         //如果有timeout设置，那么每次select之前都要再重新设置一下timeout的值
100         //因为select会修改timeout的值。
101         
102         if(FD_ISSET(listenfd,&rset))
103         {
104             chilen=sizeof(chiaddr);
105 
106             connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&chiaddr,&chilen);
107             //阻塞在accept，直到三次握手成功了才返回
108             if(connfd==-1)
109             printf("accept client error: %s/n",strerror(errno));
110             else        
111             printf("client connected/n");
112 
113             for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++)
114             {
115                 if (client[i]<0)
116                 {
117                     client[i]=connfd;    //找一个最小的插进入，并且缓存在client中，这样就不需要遍历所有fd，包括为0位的，来查看是否ISSET
118                     break;
119                 }
120             }
121             if(i==FD_SETSIZE)
122             {
123                 printf("too many clients/n");
124                 exit(0);
125             }
126             FD_SET(connfd,&allset);   //新加入的描述符，还没判断是否可以或者写，所以后面使用rset而不是allset
127 
128             if(connfd>maxfd)    //maxfd是为了下次select，作为参数使用
129               maxfd=connfd;
130             if(i>maxi)            //maxi是为了减少遍历所监听fd的次数
131               maxi=i;
132             if(--nready<=0) //nready用来辅助计数，这样就不要遍历整个client数组
133               continue;
134         }
135 
136 
137         for(i=0;i<=maxi;i++)
138         {
139             if( (sockfd=client[i]) <0)
140             continue;
141             if(FD_ISSET(sockfd,&rset))
142             {
143                 //单进程的环境下，不可以阻塞在这里，可以选择非阻塞，线程，超时.也就无法防范拒绝服务的攻击
144                 //比较适合短连接的情况
145                 
146                 //单进程不使用fork的情况！                
147                 //test fork
148                 //                if((childpid=fork())==0)
149                 {
150                     close(listenfd);
151                     printf("client from %s/n",inet_ntoa(chiaddr.sin_addr));
152                     str_echo(connfd);
153                     close(connfd);
154 
155                     exit(0);    
156                 }
157                 //                else if (childpid<0)
158                 //                printf("fork error: %s/n",strerror(errno));
159                 close(connfd);
160                 //test fork
161                 
162                 FD_CLR(sockfd,&allset);                  //清除，表示已被处理
163                 client[i]=-1;
164                 
165                 printf("can read : %d,%d,%d/n",i,sockfd,nready);
166                 if(--nready<=0)      //nready用来辅助计数，这样就不要遍历整个client数组
167                 break;
168             }
169         }
170     }
171 }