服务器多客户端连接核心要点（1）

刷题

服务器多客户端连接核心要点

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多进程服务器

实现原理

• fork子进程：每次accept新客户端后，调用fork创建子进程。
• 独立处理：子进程负责与客户端通信（如read/write），父进程继续监听新连接。

特点

• 隔离性高：进程间资源独立，避免数据竞争。
• 资源消耗大：频繁创建进程导致内存和CPU开销高。

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多线程服务器

实现原理

• 创建新线程：accept后生成线程处理客户端请求。
• 线程函数：在线程内执行read/write操作。

特点

• 轻量级：线程共享进程资源，开销低于进程。
• 需同步机制：需使用互斥锁（mutex）或信号量避免数据竞争。

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多路I/O模型

核心问题

• 阻塞冲突：传统accept和read相互阻塞，无法同时处理多客户端。
• 解决方案：通过非阻塞模型（select/poll）统一监听所有描述符。

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Select模型

流程

1. 初始化监视列表：

fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);          // 清空列表
FD_SET(server_fd, &read_fds); // 添加服务端套接字

1. 循环监听：

   select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL); // 阻塞直至描述符激活

2. 处理激活描述符：
   • 遍历描述符，通过FD_ISSET判断是否激活。
   • 服务端套接字激活：调用accept接受新客户端。
   • 客户端套接字激活：调用read读取数据。

缺点

• 效率低：每次调用需遍历所有描述符。
• 监视列表上限：默认限制1024个描述符。

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Poll模型

流程

1. 初始化监视列表：

struct pollfd fds[MAX_CLIENTS];
fds[0].fd = server_fd;
fds[0].events = POLLIN; // 监视可读事件

1. 循环监听：

   poll(fds, nfds, -1); // 永久阻塞直至事件触发

2. 处理激活描述符：
   • 遍历fds数组，检查revents是否为POLLIN。
   • 服务端激活：accept新客户端并加入列表。
   • 客户端激活：read数据并响应。

优点

• 无描述符数量限制：支持动态扩展。
• 事件类型灵活：可同时监视读写和异常事件。

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模型对比

特性	Select	Poll
描述符上限	1024（系统默认）	无限制
效率	O(n)遍历	O(n)遍历
事件类型	仅可读/可写/异常	支持自定义事件（如POLLIN）
跨平台支持	广泛支持	Linux专用

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实际应用场景

• 作业要求：
  • 服务器端：使用poll模型处理多客户端。
  • 客户端1：select模型实现非阻塞通信。
  • 客户端2：多线程处理输入/输出。
• 典型场景：
  • 实时聊天系统：服务器通过poll管理多个客户端会话。
  • 高并发服务器：select/poll适用于低并发场景，epoll适合高并发。
• pollk.c

  #include "head.h"#define MAX_CLIENTS 10 // 最多10个客户端// 将一个拥有{描述符，监视方式，激活形式}的结构体变量fd，存入监视列表arr中，并且监视列表的长度len自增
  void insert_fd(struct pollfd arr[], struct pollfd newfd, int* len) {arr[*len] = newfd; // 将新的pollfd结构体存入数组指定位置(*len)++; // 监视列表长度加1
  }// 将要移除的描述符fd，从监视列表arr中删除，并且监视列表长度len自减1
  void remove_fd(struct pollfd* arr, int fd, int* len) {for (int i = 0; i < *len; i++) {if (arr[i].fd == fd) { // 查找要移除的描述符在数组中的位置for (int j = i; j < *len - 1; j++) {arr[j] = arr[j + 1]; // 后面的元素向前移动，覆盖要移除的元素}break;}}(*len)--; // 监视列表长度减1
  }int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) { // 检查命令行参数，确保输入了端口号printf("请输入端口号\n");return 1;}short port = atoi(argv[1]); // 将命令行输入的端口号字符串转换为short类型// 创建TCP类型的服务器套接字int server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET; // 设置地址族为IPv4addr.sin_port = htons(port); // 将端口号转换为网络字节序addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); // 监听所有可用的本地IP地址// 将套接字绑定到指定的地址和端口if (bind(server, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("bind");                                                                                                          return 1;}listen(server, MAX_CLIENTS); // 开始监听，设置最大等待连接数struct pollfd list[MAX_CLIENTS + 1] = {0}; // 定义pollfd结构体数组，用于存储要监视的描述符及其相关信息int list_len = 0; // 记录监视列表中描述符的数量// 准备要监视的服务器描述符（关注读事件）struct pollfd poll_server = {.fd = server,.events = POLLIN,.revents = 0};insert_fd(list, poll_server, &list_len); // 将服务器描述符加入监视列表printf("服务器启动，监听端口 %d...\n", port);while (1) {// 调用poll函数，阻塞等待监视列表中的描述符有事件发生poll(list, list_len, -1);for (int i = 0; i < list_len; i++) {int fd = list[i].fd;// 检查描述符的revents是否有读事件（POLLIN）发生if (list[i].revents & POLLIN) {if (fd == server) { // 服务器描述符有读事件，说明有新客户端连接struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);int client = accept(server, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);if (client == -1) {perror("accept");continue;}printf("新客户端连接: %d\n", client);// 准备要监视的新客户端描述符（关注读事件）struct pollfd poll_client = {.fd = client,.events = POLLIN,.revents = 0};insert_fd(list, poll_client, &list_len); // 将新客户端描述符加入监视列表} else { // 客户端描述符有读事件，说明客户端发送了数据char buf[1024] = {0};int res = read(fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) { // 处理客户端断开if (res == 0) {printf("客户端 %d 断开连接\n", fd);} else {perror("read");}close(fd);remove_fd(list, fd, &list_len); // 从监视列表中移除客户端描述符} else { // 转发数据给其他客户端for (int j = 0; j < list_len; j++) {if (list[j].fd != fd && list[j].fd != server) {write(list[j].fd, buf, res);}}}}}}}return 0;
  }

  selectk.c

  #include "head.h"int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) {printf("请输入端口号\n");return 1;}int port = atoi(argv[1]);int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("connect");return 1;}fd_set rset;int max_fd = client_fd;while (1) {FD_ZERO(&rset);FD_SET(client_fd, &rset);FD_SET(0, &rset); // 监控标准输入int ret = select(max_fd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);if (ret == -1) {perror("select");continue;}if (FD_ISSET(0, &rset)) { // 处理键盘输入char buf[1024] = {0};fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strcspn(buf, "\n")] = 0; // 去除换行符                                write(client_fd, buf, strlen(buf));}if (FD_ISSET(client_fd, &rset)) { // 处理接收消息char buf[1024] = {0};int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) {if (res == 0) {printf("服务器断开连接\n");} else {perror("read");}close(client_fd);return 1;}printf("收到消息: %s\n", buf);}}close(client_fd);return 0;
  }

  xiank.c

  #include "head.h"void *send_msg(void *arg) {int client_fd = *(int *)arg;while (1) {char buf[1024] = {0};fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strcspn(buf, "\n")] = 0; // 去除换行符write(client_fd, buf, strlen(buf));}
  }void *recv_msg(void *arg) {int client_fd = *(int *)arg;while (1) {char buf[1024] = {0};int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf));if (res <= 0) { // 处理服务器断开if (res == 0) {printf("服务器断开连接\n");} else {perror("read");}close(client_fd);pthread_exit(NULL);}printf("收到消息: %s\n", buf);}
  }int main(int argc, const char *argv[]) {if (argc < 2) {printf("请输入端口号\n");return 1;}int port = atoi(argv[1]);int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {perror("connect");return 1;}pthread_t send_tid, recv_tid;pthread_create(&send_tid, NULL, send_msg, &client_fd); // 启动发送线程pthread_create(&recv_tid, NULL, recv_msg, &client_fd); // 启动接收线程pthread_join(send_tid, NULL);pthread_join(recv_tid, NULL);close(client_fd);return 0;
  }

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总结：多进程/线程适合简单场景，多路I/O模型（select/poll）通过非阻塞监听提升效率，需根据并发需求选择模型。