day33:零基础学嵌入式之网络——TCP并发服务器

技术文档

一、服务器

1.服务器分类

单循环服务器：只能处理一个客户端任务的服务器
并发服务器：可同时处理多个客户端任务的服务器

二、TCP并发服务器的构建

1.如何构建？

（1）多进程（每一次创建都非常耗时耗空间，但是安全）

#include \"head.h\"int init_tcp(const char *ip, unsigned short port){ int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror(\"socket fail\"); return 1; } struct sockaddr_in seraddr; seraddr.sin_family = AF_INET; seraddr.sin_port = htons(port); seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr)); if (ret < 0) { perror(\"bind fail\"); return 1; } ret = listen(sockfd, 100); if (ret < 0) { perror(\"lisen fail\"); return 1; } return sockfd;}void do_wait(int signo){ wait(NULL);}int main(int argc, char const *argv[]){ int sockfd = init_tcp(\"192.168.1.138\", 50000); if (sockfd < 0) { return 1; } signal(SIGCHLD, do_wait); char buf[1024] = {0}; struct sockaddr_in cliaddr; int clilen = sizeof(cliaddr); while (1) { int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); if (connfd  0) { } else if (0 == pid) { while (1) { memset(buf, 0, sizeof(buf)); ssize_t size = recv(connfd, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) {  perror(\"recv fail\");  break; } else if (0 == size) {  printf(\"client connet offline\");  break; } printf(\"[%s] [%d] : %s\\n\", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buf); strcat(buf, \"------ok\"); size = send(connfd, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) {  perror(\"fail send\");  break; } } close(connfd); exit(1); } else { perror(\"fork fail\"); return 1; } } close(sockfd); return 0;}

（2）多线程（并发程度高、不太安全）

#include \"head.h\"int init_tcp(const char *ip, unsigned short port){ int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror(\"socket fail\"); return 1; } struct sockaddr_in seraddr; seraddr.sin_family = AF_INET; seraddr.sin_port = htons(port); seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr)); if (ret < 0) { perror(\"bind fail\"); return 1; } ret = listen(sockfd, 100); if (ret < 0) { perror(\"lisen fail\"); return 1; } return sockfd;}typedef struct{ int connfd; struct sockaddr_in cliaddr;} XIN;void do_thurance(void *arg){ XIN xi = *(XIN *)arg; char buf[1024] = {0}; while (1) { memset(buf, 0, sizeof(buf)); ssize_t size = recv(xi.connfd, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) { perror(\"recv fail\"); break; } else if (0 == size) { printf(\"client connet offline\"); break; } printf(\"[%s] [%d] : %s\\n\", inet_ntoa(xi.cliaddr.sin_addr), ntohs(xi.cliaddr.sin_port), buf); strcat(buf, \"------ok\"); size = send(xi.connfd, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) { perror(\"fail send\"); break; } } close(xi.connfd); pthread_exit(NULL);}int main(int argc, char const *argv[]){ int sockfd = init_tcp(\"192.168.1.138\", 50000); if (sockfd < 0) { return 1; } char buf[1024] = {0}; pthread_t tid; struct sockaddr_in cliaddr; int clilen = sizeof(cliaddr); while (1) { int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); if (connfd < 0) { perror(\"connect fail\"); return 1; } printf(\"client getline\\n\"); XIN xi; xi.connfd = connfd; xi.cliaddr = cliaddr; pthread_create(&tid, NULL, do_thurance, &xi); pthread_detach(tid);  //设置分离属性，线程结束，操作系统自动会回收； } close(sockfd); return 0;}

（3）线程池

主要解决：程序运行过程中，线程被反复创建和销毁带来的耗时问题；

（4）IO多路复用

理解：不创建进程和线程的情况下，对多个文件描述符监测复用一个进程；

二、IO多路复用

1.阻塞IO方式：

（1）多个IO之间是同步关系；

（2）多个IO之间相互影响；

2.IO多路复用

（1）步骤

1）创建文件描述符集合（数组、链表、树形结构.......）；

2）添加关注的文件描述符带集合中；

3）通过函数接口，把集合传递给内核，并开始检测IO事件（输入输出、读写事件）；

4）当内核检测到事件时，通过相关函数返回，做具体的相关操作；

（2）select

1）创建文件描述符集合表：fd_set

2）清楚集合表

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//把fd清掉
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//查看fd在这个表中有没有
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//把fd放进集合表中
void FD_ZERO(fd_set *set);//把集合表整体清空

3）把文件描述符加入到集合表中

4）select：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能：通知内核检测的集合表并开始检测

参数：

nfds：关注的最大描述符+1

readfds：关注的读事件的我文件描述符的地址

writefds：关注的写事件的我文件描述符的地址

exceptfds：其他事件

timeout:超时事件的地址；设置一个时间结点，如果都没有事件来，就直接返回；NULL：不设置超时时间

返回值：

成功：返回到达事件的个数

失败：-1

超时时间到达没有事件时：0

位图在内核中，保持最小未被使用原则

#include \"head.h\"int init_tcp(const char *ip, unsigned short port){ int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror(\"socket fail\"); return 1; } struct sockaddr_in seraddr; seraddr.sin_family = AF_INET; seraddr.sin_port = htons(port); seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr)); if (ret < 0) { perror(\"bind fail\"); return 1; } ret = listen(sockfd, 100); if (ret < 0) { perror(\"lisen fail\"); return 1; } return sockfd;}int main(int argc, char const *argv[]){ int sockfd = init_tcp(\"192.168.1.138\", 50002); if (sockfd < 0) { return 1; } struct sockaddr_in cliaddr; int clilen = sizeof(cliaddr); int maxs; fd_set rdfds; fd_set tmprdfds; FD_ZERO(&rdfds); FD_SET(sockfd, &rdfds); int i = 0; maxs = sockfd; char buf[1024]={0}; while (1) { tmprdfds = rdfds; int cnt = select(maxs + 1, &tmprdfds, NULL, NULL, NULL); if (cnt < 0) { perror(\"fail select\"); return 1; } if (FD_ISSET(sockfd, &tmprdfds)) { int connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen); if (connfd  connfd ? maxs : connfd; } // for(i=sockfd;i<maxs+1;++i) // { // printf(\"%d\\n\",i); // } // sleep(3); for (i = sockfd + 1; i < maxs + 1; ++i) { if (FD_ISSET(i, &tmprdfds)) { memset(buf, 0, sizeof(buf)); ssize_t size = recv(i, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) {  perror(\"recv fail\");  continue; } if(0==size) {  printf(\"client offlink\\n\");  return 1; } printf(\"[%s] [%d] : %s\\n\", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buf); strcat(buf, \"------ok\"); size = send(i, buf, sizeof(buf), 0); if (size < 0) {  perror(\"fail send\");  continue; } } } } close(sockfd); return 0;}

缺陷：

限制了最多只能检测1024个文件描述符（底层使用数组的机制储存）；
在应用层每次需要遍历才可找到到达的事件的文件描述符，效率不高，还耗时；
集合表存在于应用层，内核存在应用层和内核层的数据表的反复拷贝；
select只能工作在水平触发模式（低速模式），不能工作在边沿触发模式（高速模式）；

边沿触发：数据从无变有，从低电平到高电平，触发一次，称读数据的上升沿触发；

数据一次收不完，但是下一次继续读，

水平触发：数据从无到有，先触发一次读，没读完，再触发读，一直到读完了，才不触发；优势在反复把数据读完；缺点：耗时，低俗模式

（3）poll

1）解决的问题：检测的文件描述符个数不受1024限制；底层对于集合表的方式改变，变成了链表，时间复杂度O（n），其他问题未被改善，仍然需要反复拷贝、遍历、只可工作在水平触发模式；

（4）epoll

1）解决的问题：检测的文件描述符是树形结构；时间复杂度是O（log（n）【红黑树】，也不受1024限制；将检测的文件描述符集合创建在内核，解决了内核和用户层的数据拷贝；直接返回到达事件的文件描述符集合，不需要遍历寻找；epoll可以工作在水平触摸式，也可工作在边沿触发模式；

2）步骤

a）创建文件描述符集合表；

int epoll_create(int size);

功能：创建文件描述符集合表到内核

参数：

size：最多监测的文件描述符的个数

返回值：

成功返回非负的文件描述符，代表了内核的集合；

失败返回-1

b）添加关注的文件描述符到集合；

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

功能：对文件描述符进行操作；

参数：

epfd：文件描述符集合表的文件描述符

op：
                                EPOLL_CTL_ADD       新增事件
EPOLL_CTL_MOD       修改事件
EPOLL_CTL_DEL       删除事件
                        fd：要操作的文件描述符
                        events：事件相关结构体

                                         EPOLLIN       读事件
EPOLLOUT   写事件
EPOLLET       边沿触发
                                         LT           水平触发

typedef union epoll_data {
       void *ptr;
       int fd;
       uint32_t u32;
       uint64_t u64;
       } epoll_data_t;

       struct epoll_event {
       uint32_t events; /* Epoll events */
       epoll_data_t data; /* User data variable */
       };

返回值：

成功返回0；

失败返回-1；

c）epoll通知内核开始检测；

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);

功能:监听事件表中的事件,并将产生的事件存放到结构体数组中
参数:
   epfd:事件表文件描述符
events:存放结果事件结构体数组空间首地址
                         maxevents:最多存放事件个数
timeout:超时时间
                          -1:阻塞等待直到有事件发生
返回值:
                         成功返回产生事件个数
失败返回-1

d）epoll返回检测到的事件结果；

day33:零基础学嵌入式之网络——TCP并发服务器

一、服务器

1.服务器分类

二、TCP并发服务器的构建

二、IO多路复用

1.阻塞IO方式：

2.IO多路复用

（1）步骤

（2）select

缺陷：

（3）poll

（4）epoll

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一、服务器

1.服务器分类

二、TCP并发服务器的构建

二、IO多路复用

1.阻塞IO方式：

2.IO多路复用

（1）步骤

（2）select

缺陷：

（3）poll

（4）epoll

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