Linux网络编程-- 服务器模型

原文http://www.blogjava.net/huyi2006/articles/189520.html

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

9.1 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.

9.2 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.

9.3 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.

9.4 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.

首先介绍一个函数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)

一般的来说当我们在向文件读写时,进程有可能在读写出阻塞,直到一定的条件满足.

比如我们从一个套接字读数据时,可能缓冲区里面没有数据可读(通信的对方还没有发送数据过来),
这个时候我们的读调用就会等待(阻塞)直到有数据可读.如果我们不 希望阻塞,
我们的一个选择是用select系统调用.

只要我们设置好select的各个参数,那么当文件可以读写的时候select回"通知"我们 说可以读写了.
readfds所有要读的文件 文件描述符的集合
writefds所有要写的文件 文件描述符的集合

exceptfds其他的服要向我们通知的文件描述符

timeout超时设置.

nfds所有我们监控的文件描述符中最大的那一个加1

在我们调用select时进程会一直阻塞直到以下的一种情况发生.
1)有文件可以读.
2)有文件可以写.
3)超时所设置的时间到.

为了设置文件描述符我们要使用几个宏. FD_SET将fd加入到fdset

FD_CLR将fd从fdset里面清除

FD_ZERO从fdset中清除所有的文件描述符

FD_ISSET判断fd是否在fdset集合中

使用select的一个例子

int use_select(int *readfd,int n)
{
fd_set my_readfd;
int maxfd;
int i;

maxfd=readfd[0];

for(i=1;i<n;i++)
{
if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
}

while(1)
{
/* 将所有的文件描述符加入 */
FD_ZERO(&my_readfd);

for(i=0;i<n;i++)
FD_SET(readfd[i],*my_readfd);

/* 进程阻塞 */
select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);

/* 有东西可以读了 */
for(i=0;i<n;i++)
{
if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
{
/* 原来是我可以读了 */
we_read(readfd[i]);
}
}
}
}

使用select后我们的服务器程序就变成了.

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.

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.