網絡編程中的(de)并發控制
時間(jian)：2017-11-27 來(lai)源：未知
在(zai)(zai)Linux網絡編程中，一般(ban)建立在(zai)(zai)兩(liang)端之間(jian)，服(fu)務器端和客(ke)戶(hu)端。客(ke)戶(hu)端是面向用戶(hu)的(de)(de)應用，而服(fu)務器端要(yao)處理客(ke)戶(hu)端所提出的(de)(de)請求。通常(chang)一個服(fu)務器要(yao)面向多(duo)個客(ke)戶(hu)端，保證對(dui)每個客(ke)戶(hu)端都能高效的(de)(de)處理，這(zhe)時(shi)候需要(yao)并(bing)發操作(zuo)。實現(xian)并(bing)發控(kong)制(zhi)的(de)(de)方法有兩(liang)個，一個是并(bing)發服(fu)務器，另一個是多(duo)路復用I/O，現(xian)在(zai)(zai)就給大家介紹一下這(zhe)兩(liang)種方法。
方法一：并(bing)發服務器
這個方法可(ke)以通過(guo)進(jin)程（線(xian)程）來實(shi)現(xian)，主要(yao)根據子(zi)進(jin)程（子(zi)線(xian)程）之(zhi)間并行(xing)運行(xing)的特點。將對(dui)(dui)客(ke)戶(hu)端(duan)請求(qiu)的處理工作，交于子(zi)進(jin)程（子(zi)線(xian)程）來處理，達到一個服務(wu)器(qi)同時(shi)處理多個客(ke)戶(hu)端(duan)的效果(guo)。通過(guo)2個例(li)子(zi)實(shi)現(xian)一個簡單的服務(wu)器(qi)與客(ke)戶(hu)端(duan)的一對(dui)(dui)多。
例1：進(jin)程實現并發服務器（TCP通信(xin)）
首先，服務器端代碼如下：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int sockfd, newfd, r;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
pid_t pid;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套接字--流式套接字
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地(di)址信息填寫(xie)
myaddr.sin_port = htons(56666); // 要綁定的端(duan)口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 要綁定的地(di)址 這里以 127.0.0.1為例(li)
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定地址信息
if( listen(sockfd, 10) < 0){ // 設置(zhi)監聽(ting) 同一(yi)時刻能客(ke)戶端的(de)連接請求的(de)大(da)數
perror("listen ");return -1;
}
while(1) { // 循環
newfd = accept(sockfd, &fromaddr, &len); // 阻塞接收 客戶端的連接請求
pid = fork(); // 創建新進程
if(pid == 0){ // 子進程 處理以連接成功的客戶端
while(1){
r = recv(newfd, buf, 100, 0); //處(chu)理(li)客戶(hu)端 接收信息
if(r <= 0){ printf("客戶端(duan)已退出：%d \n",newfd);break; }
printf("%d : %s\n", newfd, buf);
bzero(buf, strlen(buf));
}
close(newfd); // 關閉 連接
exit(0); // 處理完(wan) 子進程(cheng)退出(chu)
}else if(pid < 0){ exit(0); }
}
close(sockfd);
}
客(ke)戶端代碼如下：
int main()
{
int sockfd,r;
char buf[100] = {0};
struct sockaddr_in toaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創(chuang)建(jian)TCP通(tong)信的套接字--流式套接字
printf("sockfd = %d\n", sockfd);
toaddr.sin_family = AF_INET; // 地(di)址信息填寫
toaddr.sin_port = htons(56666); // 對方的端口號
toaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 對方的IP地址
// 發送連(lian)接請求 與對方建立連(lian)接
r = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&toaddr, sizeof(toaddr));
if(r == -1){ perror("connect "); return -1; }
printf("connect OK\n"); // 連接成功
while(1){ // 循(xun)環 向(xiang)服務器端發(fa)送信息
scanf("%s", buf);
send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);
}
close(sockfd);
}
然(ran)后，編譯服務器端 和(he) 客戶端，終(zhong)端執行如圖1命令：
圖1 編譯文(wen)件
用一個終端(duan)執(zhi)行服務器，多(duo)個終端(duan)執(zhi)行客戶端(duan)，結果如圖(tu)2：
左(zuo)邊第一個(ge)是服務(wu)器端(duan)，先開啟；右邊2個(ge)是客戶端(duan)，同時(shi)訪(fang)問服務(wu)器；服務(wu)器能同時(shi)處理這些(xie)客戶端(duan)。
圖(tu)2 執行結果
例(li)2：線程(cheng)實現并(bing)發(fa)服(fu)務器(qi)（TCP通(tong)信）
首先，服務(wu)器端代(dai)碼如下：
……
#include<pthread.h>
void * fun(void *p) // 線程處理函數(shu)
{
int fd = *((int *)p); // 獲取傳參 得到 套接字描述(shu)符
char buf[100] = {0};
int r;
printf("pthread fd = %d start\n", fd);
while(1){ //循環 接受信息
r = recv(fd, buf, 100, 0);
if(r <= 0){ printf("客戶端已退出 : %d\n",fd); break; }
printf("%d : %s\n", fd, buf);
bzero(buf,strlen(buf));
}
close(fd); // 關閉(bi)套接(jie)字 線程結束
}
int main()
{
int sockfd, newfd, r;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
pthread_t tid;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套(tao)接字--流式套(tao)接字
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
myaddr.sin_port = htons(56666); // 端口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // IP地址
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定
if( listen(sockfd, 10) < 0) { perror("listen "); return -1; } //監聽
while(1){ // 進程 循環接受客戶端的請(qing)求
newfd = accept(sockfd, &fromaddr, &len); // 阻塞 接受 并建立連接
printf("newfd = %d\n", newfd);
pthread_create(&tid, NULL, fun, &newfd); //創建(jian)線(xian)(xian)程 將連接(jie)好的套(tao)接(jie)字(zi)傳給線(xian)(xian)程
}
close(sockfd);
}
客戶端代碼，同例(li)1中(zhong)客戶端代碼。
編譯(yi)服務器(qi)和客戶端，終端執行命令(ling)，如圖3：注意線程編譯(yi)時加載庫。
圖3 gcc編譯
用一個(ge)終端執(zhi)行服務(wu)(wu)器(qi)(qi)，多個(ge)終端執(zhi)行客戶端，結果如圖4。左邊第(di)一個(ge)是(shi)服務(wu)(wu)器(qi)(qi)端，先(xian)開(kai)啟；右邊2個(ge)是(shi)客戶端，同(tong)時(shi)訪問(wen)服務(wu)(wu)器(qi)(qi)；服務(wu)(wu)器(qi)(qi)為客戶端創建線程，同(tong)時(shi)處理這些(xie)客戶端。
圖4 執行(xing)結果(guo)
方(fang)法二：多路(lu)復用I/O
基本(ben)思(si)想(xiang)：有一(yi)個(ge)存儲(chu)文件(jian)描述符的表(biao)，有固定(ding)的函數（select）可(ke)以檢測表(biao)中的文件(jian)描述符狀態(tai)，當這(zhe)些文件(jian)描述符中的一(yi)個(ge)或多個(ge)已準備好進(jin)行(xing)I/O時函數才返回。
函數(shu)返回(hui)時告訴進程那個描述符已就緒，可(ke)以進行I/O操(cao)作。
解決問(wen)題：多進程(cheng)（多線程(cheng)）情況下程(cheng)序(xu)的(de)復雜性較高，阻塞模(mo)式(shi)/非阻塞模(mo)式(shi)下效率低。IO多路復用是更(geng)好的(de)方法(fa)，邏輯(ji)簡單、效率高。
IO多路復用(yong)涉及函數(shu) ：第一(yi)：select函數(shu) 功能：檢(jian)測(ce)表中(zhong)文(wen)件描述符的狀態
函數(shu)原型 ： #include<sys/select.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h>
int select(int n, fd_set * read_fds, fd_set *write_fds, fd_set *except_dst, struct timeval *timeout);
n : 文件(jian)描述符大值+1
read_fds : 所有讀(du)文(wen)件描述符的集合
write_fds : 寫 文件描述符集合
except_fds : 其他的 文件描(miao)述(shu)符集合(he)
timeout : 阻塞(sai)等待的時(shi)間 毫秒(miao)
struct timeval t = {5, 600}; &t 5.6秒
NULL/0 無限等待(dai)
struct timeval t = {0， 0}; &t 0秒 不(bu)等待
返回值 ： 就緒描述符的數目
超時返回(hui) 0
失敗返回 -1
第二：文件描述符(fu)操作函數(宏定(ding)義)
void FD_SET（int fd, fd_set *fds）; 將文(wen)件描述符 添加到(dao) 表中
void FD_CLR（int fd, fd_set *fds）; 刪除 一個(ge)文(wen)件(jian)描(miao)述符
void FD_ZERO（fd_set *fds）; 清(qing)零(ling)
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fds); 判(pan)斷(duan) fd 是否已經準(zhun)備I/O
服務器端(duan)可以采用多路(lu)IO復用實(shi)現一對多處理，代(dai)碼如(ru)下：
……
#include<sys/select.h>
int main()
{
int sockfd, newfd, r, i, maxfd;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
fd_set fds;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建(jian)TCP通信(xin)的套接字(zi)--流式(shi)套接字(zi)
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫(xie)
myaddr.sin_port = htons(56667); // 端口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// IP地址
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定(ding)
if( listen(sockfd, 10) < 0){ ;//監(jian)聽
perror("listen "); return -1; }
FD_ZERO(&fds); // 清空表
FD_SET(sockfd, &fds); // 添加 套接字描述符 到(dao)表中(zhong)
maxfd = sockfd; // 記錄(lu) 描述符 的 大值
while(1){
// 阻(zu)塞 等(deng)待(dai)是(shi)否 有訪問到來
r = select(maxfd+1, &fds, NULL, NULL, NULL);
if(r <=0){ return -1; }
for(i = 0; i <= maxfd;i++){
if(FD_ISSET(i, &fds)) { //找出(chu) I/O操作的套接字描述符
if(i == sockfd){ // 客戶(hu)端 發送(song) 連接請求
newfd = accept(i, &fromaddr, &len); // 接受 并(bing)建立連接
printf("newfd = %d start\n", newfd);
FD_SET(newfd, &fds); // 將新套接(jie)字描(miao)述符 添(tian)加到表(biao)中(zhong)
maxfd = maxfd > newfd ? maxfd : newfd; // 更新 大(da)值
}
else{ // 客戶端 接收/發送(song) 信息
r = recv(i, buf, 100, 0);
if(r <= 0){
close(i);
FD_CLR(i, &fds); // 從表中刪除該套(tao)接字(zi)
}else {
send(i, buf, strlen(buf), 0);
printf("%d : %s\n", i, buf);
bzero(buf, strlen(buf));
}
}}}}}
客(ke)戶端(duan)代碼如下：
int main()
{
int sockfd,r;
char buf[100] = {0};
struct sockaddr_in toaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信(xin)的套(tao)(tao)接字--流式套(tao)(tao)接字
printf("sockfd = %d\n", sockfd);
toaddr.sin_family = AF_INET; // 地(di)址(zhi)信(xin)息填(tian)寫
toaddr.sin_port = htons(56667); // 對方的端口號
toaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 對方(fang)的IP地址
// 發送(song)連接(jie)(jie)請求(qiu) 與對方建立連接(jie)(jie)
r = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&toaddr, sizeof(toaddr));
if(r == -1){ perror("connect "); return -1; }
printf("connect OK\n"); // 連(lian)接成(cheng)功
scanf("%s", buf);
send(sockfd, buf, strlen(buf), 0); //向(xiang)服務器端發送信息
bzero(buf, strlen(buf));
recv(sockfd, buf, 100, 0); //收(shou)取對(dui)方的回發信息(xi)
printf("recv : %s\n", buf);
close(sockfd);
}
然(ran)后(hou)，gcc編譯服務器(qi)端(duan)(duan)和(he)客戶(hu)端(duan)(duan)，分別(bie)生(sheng)成可(ke)執行(xing)文件，在(zai)不同終端(duan)(duan)執行(xing)（左邊第(di)一(yi)個(ge)為服務器(qi)端(duan)(duan)，之后(hou)的是客戶(hu)端(duan)(duan)），執行(xing)后(hou)結果(guo)如圖5所示：
圖5 執行結果(guo)圖
在多路復用I/O中(zhong)例(li)子中(zhong)，服(fu)務(wu)器端用的(de)是for循環依次遍歷描述符表，所以(yi)造成后(hou)面(mian)客戶端的(de)等待問題。
以上就是(shi)在網絡編程中常用的(de)并發操作，希(xi)望可以為你提供(gong)一定的(de)幫助。
