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多进程并发服务器

使用多进程并发服务器时要考虑以下几点：

父进程最大文件描述个数(父进程中需要close关闭accept返回的新文件描述符)
系统内创建进程个数(与内存大小相关)
进程创建过多是否降低整体服务性能(进程调度)

server

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include "wrap.h"
void free_process(int sig)
{pid_t pid;while(1){//如果设置了选项 WNOHANG，而调用中 //waitpid() 发现没有已退出的子进程可等待，则返回 0；pid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);if(pid <=0 )// pid<=0 表示无待回收子进程{break;}else{printf("child pid =%d\n",pid);}}}
int main(int argc, char *argv[])
{sigset_t set;sigemptyset(&set);// //将set集合置空/* 1) 子进程终止时* 2) 子进程接收到SIGSTOP信号停止时* 3) 子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时*/sigaddset(&set,SIGCHLD);//将SIGCHLD信号加入到set集合//信号阻塞集用来描述哪些信号递送到该进程的时候被阻塞//（在信号发生时记住它，直到进程准备好时再将信号通知进程）防止fork()前子进程退出导致信号丢失sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);//创建套接字,绑定int lfd = tcp4bind(8008,NULL);//监Listen(lfd,128);//提取//回射struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t len = sizeof(cliaddr);while(1){//进程分工：//子进程：处理客户端请求（cfd）//父进程：继续监听新连接（lfd）//关键资源管理：//子进程关闭lfd：避免文件描述符泄漏//父进程关闭cfd：减少引用计数，客户端断开时子进程可正常退出char ip[16]="";//提取连接,int cfd = Accept(lfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&len);printf("\nnew client ip=%s port=%d\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr.s_addr,ip,16),ntohs(cliaddr.sin_port));//fork创建子进程pid_t pid;pid = fork();if(pid < 0){perror("");exit(0);}else if(pid == 0)//子进程{// 关闭监听套接字（子进程不需要）close(lfd);while(1){char buf[1024]="";int n = read(cfd,buf,sizeof(buf));if(n < 0){perror("");close(cfd);exit(0);}else if(n == 0)//对方关闭j{printf("\nclient close\n");close(cfd);exit(0);}else{struct sockaddr_in remote_addr;socklen_t len = sizeof(remote_addr);getpeername(cfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &len);int remote_port = ntohs(remote_addr.sin_port);printf("客户端%d:%s",remote_port,buf);write(cfd,buf,n);// exit(0);	}}}else//父进程{// 关闭客户端套接字（父进程不需要）close(cfd);//回收//注册信号回调struct sigaction act;act.sa_flags =0;act.sa_handler = free_process;//free_process函数指针传给act结构体sigemptyset(&act.sa_mask);//把信号阻赛集清空sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);//遇到SIGCHLD信号调用free_process函数sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,NULL);//：从信号阻塞集合中删除 set 信号集/*整个代码意思就是在注册回调函数之前先把SIGCHLD信号阻塞，回调函数注册好了* 之后，在从set阻塞信号集中删除SIGCHLD信号，使得sigaction函数能够捕捉到SIGCHLD信号，从而调用free_process函数回收进程资源*/}}//关闭return 0;
}

在 Linux 系统中，当父进程通过 fork() 创建子进程时，子进程会复制父进程的文件描述符表，包括 socket 描述符。这种复制并非创建新的 socket 资源，而是共享相同的底层文件表项（即内核中的打开文件结构）。

文件描述符的复制机制

共享相同内核对象：
子进程复制的文件描述符与父进程指向同一个内核文件表项（包括 socket 结构）。
例如：父进程的 socket 描述符 fd=3，子进程的 fd=3 也指向同一个 socket 对象。
引用计数增加：
每复制一次描述符，内核中该文件表项的引用计数会+1。只有所有进程关闭描述符后（引用计数归零），内核才会释放资源。

父子进程对描述符的操作独立性

修改互不影响：
父子进程可独立操作复制的描述符（如 read/write/close），但操作会影响同一个 socket 资源：
- 读写共享缓冲区：一方发送数据，另一方会收到；一方关闭连接，另一方会感知（如 read 返回 0）。
- 关闭操作独立：子进程关闭 fd 不影响父进程的 fd，但会减少引用计数。
典型多进程服务器模型：
- 父进程：关闭客户端连接描述符（close(cfd)），仅保留监听套接字。
- 子进程：关闭监听描述符（close(lfd)），仅保留客户端连接描述符。

client

客户端使用：

nc 127.0.0.1 8008

模拟客户端链接服务器

结果显示如下：

多线程并发服务器

在使用线程模型开发服务器时需考虑以下问题：

调整进程内最大文件描述符上限
线程如有共享数据，考虑线程同步
服务于客户端线程退出时，退出处理。（退出值，分离态）
系统负载，随着链接客户端增加，导致其它线程不能及时得到CPU

server

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <ctype.h>  
#include <unistd.h>  
#include <fcntl.h>  #include "wrap.h"// 作用：封装客户端连接信息
// 设计意图：避免线程参数传递时出现竞争（主线程的accept循环与线程启动存在时间差）
// 动态内存分配：每个连接独立分配malloc，确保线程安全（避免共用栈变量）
typedef struct c_info
{int cfd;struct sockaddr_in cliaddr;}CINFO;void* client_fun(void *arg);
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc < 2){printf("argc < 2???   \n ./a.out 8000 \n");return 0;}//PTHREAD_CREATE_DETACHED：线程自动回收资源，无需主线程调用 pthread_joinpthread_attr_t attr;pthread_attr_init(&attr);pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);short port = atoi(argv[1]);int lfd = tcp4bind(port,NULL);//创建套接字 绑定 Listen(lfd,128);struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t len = sizeof(cliaddr);CINFO *info;while(1){// Accept()：阻塞等待新连接，返回客户端socket (cfd)// 动态创建CINFO对象存储客户端信息// pthread_create：启动线程处理连接，传入info指针int cfd = Accept(lfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&len);char ip[16]="";pthread_t pthid;info = malloc(sizeof(CINFO));info->cfd = cfd;info->cliaddr= cliaddr;pthread_create(&pthid,&attr,client_fun,info);}return 0;
}void* client_fun(void *arg)
{CINFO *info = (CINFO *)arg;char ip[16]="";printf("new client ip=%s port=%d\n",inet_ntop(AF_INET,&(info->cliaddr.sin_addr.s_addr),ip,16),ntohs(info->cliaddr.sin_port));while(1){char buf[1024]="";int count=0;count = read(info->cfd,buf,sizeof(buf));if(count < 0){perror("");break;}else if(count == 0){printf("client close\n");break;}else{printf("%s\n", buf);write(info->cfd,buf,count);}}close(info->cfd);free(info);
}

client

客户端使用：

nc 127.0.0.1 8008

模拟客户端链接服务器

结果显示如下：

总结：

优势：
- 高并发：线程切换开销远小于进程（约1/10~1/100）1
- 资源共享：线程共享进程内存，数据传递高效（对比进程需IPC）
风险：
- 线程数过多时，上下文切换开销增大（需线程池优化）
- 共享资源需同步（本例无共享数据，故未用锁）

两者之间对比

1. 资源开销对比

进程高并发
- 创建/销毁开销大：每个进程需独立分配内存、文件描述符等资源，系统调用（如 fork()）耗时长。
- 内存占用高：多进程独立内存空间导致总内存消耗线性增长，例如10个进程可能占用10倍于单进程的内存。
- 上下文切换慢：切换进程需保存/恢复完整的地址空间、页表等，开销约为线程的 10~100倍。
线程高并发
- 轻量级创建：线程仅需分配栈和寄存器，共享进程资源（如内存句柄），创建速度比进程快 5~10倍。
- 内存共享：多个线程共享同一进程的内存，内存占用远低于多进程（如100线程共享同一堆）。
- 切换开销低：仅需保存寄存器、栈指针等少量状态，切换速度更快。

2. 隔离性与稳定性

进程高并发
- 强隔离性：进程崩溃不影响其他进程（如Apache的prefork模式）。
- 安全性高：独立地址空间避免内存越界污染（适合沙箱环境）。
线程高并发
- 弱隔离性：单线程崩溃（如段错误）可能导致整个进程终止（所有线程退出）。
- 共享资源风险：线程间共享变量需严格同步，否则易引发数据竞争（如未加锁的全局计数器）。

3. 通信效率

进程高并发
- IPC机制复杂：需管道、消息队列、共享内存等，数据需内核态拷贝（如 memcpy），延迟高。
- 共享内存例外：虽高效但需手动同步（如信号量），编程复杂度高。
线程高并发
- 直接共享内存：通过全局变量即可通信（如生产者-消费者模型），速度比IPC快 10~100倍。
- 同步成本：需锁（互斥锁、条件变量）避免竞态，不当使用易导致死锁