服务器多客户端连接核心要点（1）
刷题
服务器多客户端连接核心要点
多进程服务器
实现原理
fork子进程：每次accept新客户端后，调用fork创建子进程。- 独立处理：子进程负责与客户端通信（如
read/write），父进程继续监听新连接。
特点
- 隔离性高：进程间资源独立，避免数据竞争。
- 资源消耗大：频繁创建进程导致内存和CPU开销高。
多线程服务器
实现原理
- 创建新线程：
accept后生成线程处理客户端请求。 - 线程函数：在线程内执行
read/write操作。
特点
- 轻量级：线程共享进程资源，开销低于进程。
- 需同步机制：需使用互斥锁（
mutex）或信号量避免数据竞争。
多路I/O模型
核心问题
- 阻塞冲突：传统
accept和read相互阻塞，无法同时处理多客户端。 - 解决方案：通过非阻塞模型（
select/poll）统一监听所有描述符。
Select模型
流程
- 初始化监视列表：
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds); // 清空列表
FD_SET(server_fd, &read_fds); // 添加服务端套接字- 循环监听：
select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL); // 阻塞直至描述符激活 - 处理激活描述符：
- 遍历描述符，通过
FD_ISSET判断是否激活。 - 服务端套接字激活：调用
accept接受新客户端。 - 客户端套接字激活：调用
read读取数据。
- 遍历描述符，通过
缺点
- 效率低：每次调用需遍历所有描述符。
- 监视列表上限：默认限制1024个描述符。
Poll模型
流程
- 初始化监视列表：
struct pollfd fds[MAX_CLIENTS];
fds[0].fd = server_fd;
fds[0].events = POLLIN; // 监视可读事件- 循环监听：
poll(fds, nfds, -1); // 永久阻塞直至事件触发 - 处理激活描述符：
- 遍历
fds数组，检查revents是否为POLLIN。 - 服务端激活：
accept新客户端并加入列表。 - 客户端激活：
read数据并响应。
- 遍历
优点
- 无描述符数量限制：支持动态扩展。
- 事件类型灵活：可同时监视读写和异常事件。
模型对比
| 特性 | Select | Poll |
|---|---|---|
| 描述符上限 | 1024（系统默认） | 无限制 |
| 效率 | O(n)遍历 | O(n)遍历 |
| 事件类型 | 仅可读/可写/异常 | 支持自定义事件（如POLLIN） |
| 跨平台支持 | 广泛支持 | Linux专用 |
实际应用场景
- 作业要求：
- 服务器端：使用
poll模型处理多客户端。 - 客户端1：
select模型实现非阻塞通信。 - 客户端2：多线程处理输入/输出。
- 服务器端：使用
- 典型场景：
- 实时聊天系统：服务器通过
poll管理多个客户端会话。 - 高并发服务器：
select/poll适用于低并发场景，epoll适合高并发。
- 实时聊天系统：服务器通过
- pollk.c
#include "head.h" #define MAX_CLIENTS 10 // 最多10个客户端 // 将一个拥有{描述符，监视方式，激活形式}的结构体变量fd，存入监视列表arr中，并且监视列表的长度len自增 void insert_fd(struct pollfd arr[], struct pollfd newfd, int* len) { arr[*len] = newfd; // 将新的pollfd结构体存入数组指定位置 (*len)++; // 监视列表长度加1 } // 将要移除的描述符fd，从监视列表arr中删除，并且监视列表长度len自减1 void remove_fd(struct pollfd* arr, int fd, int* len) { for (int i = 0; i < *len; i++) { if (arr[i].fd == fd) { // 查找要移除的描述符在数组中的位置 for (int j = i; j < *len - 1; j++) { arr[j] = arr[j + 1]; // 后面的元素向前移动，覆盖要移除的元素 } break; } } (*len)--; // 监视列表长度减1 } int main(int argc, const char *argv[]) { if (argc < 2) { // 检查命令行参数，确保输入了端口号 printf("请输入端口号 "); return 1; } short port = atoi(argv[1]); // 将命令行输入的端口号字符串转换为short类型 // 创建TCP类型的服务器套接字 int server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in addr = {0}; addr.sin_family = AF_INET; // 设置地址族为IPv4 addr.sin_port = htons(port); // 将端口号转换为网络字节序 addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); // 监听所有可用的本地IP地址 // 将套接字绑定到指定的地址和端口 if (bind(server, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1) { perror("bind"); return 1; } listen(server, MAX_CLIENTS); // 开始监听，设置最大等待连接数 struct pollfd list[MAX_CLIENTS + 1] = {0}; // 定义pollfd结构体数组，用于存储要监视的描述符及其相关信息 int list_len = 0; // 记录监视列表中描述符的数量 // 准备要监视的服务器描述符（关注读事件） struct pollfd poll_server = {.fd = server,.events = POLLIN,.revents = 0}; insert_fd(list, poll_server, &list_len); // 将服务器描述符加入监视列表 printf("服务器启动，监听端口 %d... ", port); while (1) { // 调用poll函数，阻塞等待监视列表中的描述符有事件发生 poll(list, list_len, -1); for (int i = 0; i < list_len; i++) { int fd = list[i].fd; // 检查描述符的revents是否有读事件（POLLIN）发生 if (list[i].revents & POLLIN) { if (fd == server) { // 服务器描述符有读事件，说明有新客户端连接 struct sockaddr_in client_addr; socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr); int client = accept(server, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len); if (client == -1) { perror("accept"); continue; } printf("新客户端连接: %d ", client); // 准备要监视的新客户端描述符（关注读事件） struct pollfd poll_client = {.fd = client,.events = POLLIN,.revents = 0}; insert_fd(list, poll_client, &list_len); // 将新客户端描述符加入监视列表 } else { // 客户端描述符有读事件，说明客户端发送了数据 char buf[1024] = {0}; int res = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (res <= 0) { // 处理客户端断开 if (res == 0) { printf("客户端 %d 断开连接 ", fd); } else { perror("read"); } close(fd); remove_fd(list, fd, &list_len); // 从监视列表中移除客户端描述符 } else { // 转发数据给其他客户端 for (int j = 0; j < list_len; j++) { if (list[j].fd != fd && list[j].fd != server) { write(list[j].fd, buf, res); } } } } } } } return 0; }selectk.c
#include "head.h" int main(int argc, const char *argv[]) { if (argc < 2) { printf("请输入端口号 "); return 1; } int port = atoi(argv[1]); int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in addr = {0}; addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(port); addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) { perror("connect"); return 1; } fd_set rset; int max_fd = client_fd; while (1) { FD_ZERO(&rset); FD_SET(client_fd, &rset); FD_SET(0, &rset); // 监控标准输入 int ret = select(max_fd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL); if (ret == -1) { perror("select"); continue; } if (FD_ISSET(0, &rset)) { // 处理键盘输入 char buf[1024] = {0}; fgets(buf, sizeof(buf), stdin); buf[strcspn(buf, " ")] = 0; // 去除换行符 write(client_fd, buf, strlen(buf)); } if (FD_ISSET(client_fd, &rset)) { // 处理接收消息 char buf[1024] = {0}; int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf)); if (res <= 0) { if (res == 0) { printf("服务器断开连接 "); } else { perror("read"); } close(client_fd); return 1; } printf("收到消息: %s ", buf); } } close(client_fd); return 0; }xiank.c
#include "head.h" void *send_msg(void *arg) { int client_fd = *(int *)arg; while (1) { char buf[1024] = {0}; fgets(buf, sizeof(buf), stdin); buf[strcspn(buf, " ")] = 0; // 去除换行符 write(client_fd, buf, strlen(buf)); } } void *recv_msg(void *arg) { int client_fd = *(int *)arg; while (1) { char buf[1024] = {0}; int res = read(client_fd, buf, sizeof(buf)); if (res <= 0) { // 处理服务器断开 if (res == 0) { printf("服务器断开连接 "); } else { perror("read"); } close(client_fd); pthread_exit(NULL); } printf("收到消息: %s ", buf); } } int main(int argc, const char *argv[]) { if (argc < 2) { printf("请输入端口号 "); return 1; } int port = atoi(argv[1]); int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in addr = {0}; addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(port); addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) { perror("connect"); return 1; } pthread_t send_tid, recv_tid; pthread_create(&send_tid, NULL, send_msg, &client_fd); // 启动发送线程 pthread_create(&recv_tid, NULL, recv_msg, &client_fd); // 启动接收线程 pthread_join(send_tid, NULL); pthread_join(recv_tid, NULL); close(client_fd); return 0; }
总结：多进程/线程适合简单场景，多路I/O模型（select/poll）通过非阻塞监听提升效率，需根据并发需求选择模型。
