服务器搭建(TCP套接字)-fork版(服务端)

    基础版的服务端虽然基本实现了服务器的基本功能，但是如果客户端的并发量比较大的话，服务端的压力和性能就会大打折扣,为了提升服务端的并发性能，可以通过fork子进程的方式，为每一个连接成功的客户端fork一个子进程，这样既达到了并发的要求，还能达到客户端隔离的效果。

一、fork

1.1、头文件

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

1.2、原型

pid_t fork(void);

fork() 是一个系统调用函数，用于在 Unix-like 操作系统中创建一个新的进程。它会复制当前进程（称为父进程），并在新的进程（称为子进程）中继续执行。

fork() 函数返回的是一个 pid_t 类型的值，其含义如下：

• 在父进程中，fork() 返回新创建的子进程的进程 ID（PID）。
• 在子进程中，fork() 返回 0。
• 如果创建子进程失败，fork() 返回 -1。

    fork() 函数在创建子进程时会返回两次，这是因为它是一个复制当前进程的系统调用。具体来说，fork() 函数会创建一个新的进程（子进程），并将父进程的所有内容（包括代码、数据、堆栈等）复制到子进程中。

第一次返回：

• 在父进程中，fork() 返回新创建的子进程的进程 ID（PID）。
• 如果创建子进程失败，fork() 返回 -1。

第二次返回：

• 在子进程中，fork() 返回 0。

通过这两次返回，父进程和子进程可以根据不同的返回值采取不同的逻辑分支。

在父进程中，可以根据返回的子进程 PID 做一些与子进程相关的操作，如记录子进程的 PID、等待子进程的终止等。

在子进程中，由于 fork() 返回的是 0，可以根据此特性来区分自己是子进程，从而执行特定的子进程代码逻辑。

需要注意的是，父进程和子进程会继续执行 fork() 调用之后的代码，并且它们是在不同的进程上下文中运行的，拥有各自独立的内存空间和资源。因此，在使用 fork() 创建子进程时，通常需要在父子进程中进行不同的处理，以避免竞态条件和不必要的资源共享问题。

1.3、代码实现

#include <iostream>
//socket
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
//close
#include <unistd.h>
//exit
#include <stdlib.h>
//perror
#include <stdio.h>
//memset
#include <string.h>
//htons
#include <arpa/inet.h>#define PORT 8596
#define MESSAGE_SIZE 1024int main(){int ret=-1;int socket_fd=-1;int accept_fd=-1;int backlog=10;int flag=1;int pid;struct sockaddr_in local_addr,remote_addr;//create socketsocket_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(socket_fd == -1){perror("create socket error");exit(1);}//set option of socketret = setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag));if ( ret == -1 ){perror("setsockopt error");}//set socket addresslocal_addr.sin_family=AF_INET;local_addr.sin_port=htons(PORT);local_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;bzero(&(local_addr.sin_zero),8);//bind socketret=bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&local_addr,sizeof(struct sockaddr_in));if(ret == -1){perror("bind socket error");exit(1);}ret=listen(socket_fd, backlog);if(ret ==-1){perror("listen error");exit(1);}//loop to accept clientfor(;;){socklen_t addrlen = sizeof(remote_addr);accept_fd=accept(socket_fd,( struct sockaddr *)&remote_addr, &addrlen);pid=fork();//子进程if(pid==0){char in_buf[MESSAGE_SIZE]={0,};for(;;){memset(in_buf,0,MESSAGE_SIZE);//read dataret =recv(accept_fd, (void*)in_buf, MESSAGE_SIZE, 0);pid_t currentID = getpid();std::cout << "Current Process ID: " << currentID << std::endl;if(ret ==0){break;}printf("receive data:%s\n",in_buf);send(accept_fd, (void *)in_buf, MESSAGE_SIZE, 0);}printf("close client connection......");close(accept_fd);}}if(pid !=0){printf("quit server....");close(socket_fd);}return 0;
}

1.4、实现效果

1.4.1、客户端1

1.4.2、服务端接收客户端1

1.4.3、客户端2

1.4.4、服务端接收客户端2

可以看到，服务端对于两个客户端的处理是在不同的子进程中进行的。

使用 fork() 函数创建子进程的服务器有以下优点和缺点:

优点：

• 简单易用：使用 fork() 函数创建子进程的服务器相对简单，不需要使用复杂的多线程或多进程编程模型。通过复制父进程的内存空间，子进程可以独立运行，处理客户端请求。
• 高并发处理：每个客户端连接都可以创建一个独立的子进程，这样服务器能够同时处理多个客户端请求，实现高并发性能。
• 数据共享：父进程和子进程共享文件描述符，可以轻松共享一些资源和状态信息，例如打开的文件、缓冲区等。
• 可靠性：由于每个子进程是独立运行的，一个子进程的崩溃或异常不会影响其他子进程或主服务器进程。

缺点：

• 内存开销：每个子进程都需要复制父进程的内存空间，因此在大规模并发的情况下，服务器的内存开销会比较大。
• 进程切换开销：由于每个客户端连接都需要创建子进程，因此涉及到进程之间的切换开销，包括上下文切换和进程间通信开销，这可能对服务器性能产生一定的影响。
• 可伸缩性：由于每个客户端连接都需要创建子进程，服务器的可伸缩性可能受到限制。在大规模并发情况下，为每个连接创建子进程可能会导致系统资源耗尽。
  进程间通信复杂性：如果子进程之间需要进行通信或共享数据，就需要使用进程间通信（IPC）机制，如管道、共享内存等。这增加了编程的复杂性。

    综上所述，使用 fork() 函数创建子进程的服务器适用于简单的并发场景和较小规模的应用，但在大规模高并发、资源消耗较大或需要更高可伸缩性的情况下，可能需要考虑其他并发模型，如多线程或事件驱动模型。