linux網絡編程之socket（四）

使用fork並發處理多個client的請求和對等通信p2p

一、在前面講過的回射客戶/服務器程序中，服務器只能處理一個客戶端的請求，如何同時服務多個客戶端呢？在未講到 select/poll/epoll等高級IO之前，比較老土的辦法是使用fork來實現。網絡服務器通常用fork來同時服務多個客戶端，父 進程專門負責監聽端口，每次accept一個新的客戶端連接就fork出一個子進程專門服務這個客戶端。但是子進程退出時會產 生僵屍進程，父進程要注意處理SIGCHLD信號和調用wait清理僵屍進程，最簡單的辦法就是直接忽略SIGCHLD信號。

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    > File Name: echoser.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST
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#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
    
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)
    
void do_service(int);
    
int main(void)
{
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
    int listenfd; //被動套接字(文件描述符），即只可以accept, 監聽套接字
    if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
        //  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)
        ERR_EXIT("socket error");
    
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    /* servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); */
    /* inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); */
    
    int on = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
        ERR_EXIT("setsockopt error");
    
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");
    
    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) //listen應在socket和bind之後，而在accept之前
        ERR_EXIT("listen error");
    
    struct sockaddr_in peeraddr; //傳出參數
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); //傳入傳出參數，必須有初始值
    int conn; // 已連接套接字(變為主動套接字，即可以主動connect)
    
    pid_t pid;
    
    while (1)
    {
        if ((conn = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen)) < 0) //3次握手完成

的序列
            ERR_EXIT("accept error");
        printf("recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),
               ntohs(peeraddr.sin_port));
    
        pid = fork();
        if (pid == -1)
            ERR_EXIT("fork error");
        if (pid == 0)
        {
            // 子進程
            close(listenfd);
            do_service(conn);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        else
            close(conn); //父進程
    }
    
    return 0;
}
    
void do_service(int conn)
{
    char recvbuf[1024];
    while (1)
    {
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        int ret = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
        if (ret == 0)   //客戶端關閉了
        {
            printf("client close\n");
            break;
        }
        else if (ret == -1)
            ERR_EXIT("read error");
        fputs(recvbuf, stdout);
        write(conn, recvbuf, ret);
    }
}

上述程序利用了一點，就是父子進程共享打開的文件描述符，因為在子進程已經用不到監聽描述符，故將其關閉，而連 接描述符對父進程也沒價值，將其關閉。當某個客戶端關閉，則read 返回0，退出循環，子進程順便exit，但如果沒有設置 對SIGCHLD信號的忽略，則因為父進程還沒退出，故子進程會變成僵屍進程。

現在先運行server，再打開另外兩個終 端，運行client（直接用回射客戶/服務器程序中的客戶端程序），可以看到server輸出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./echoser_fork

recv connect ip=127.0.0.1 port=46452

recv connect ip=127.0.0.1 port=46453

在另一個終端ps一下：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser

simba 3300 0.0 0.0 2008 280 pts/0 S+ 22:10 0:00 ./echoser_fork

simba 3303 0.0 0.0 2008 60 pts/0 S+ 22:10 0:00 ./echoser_fork

simba 3305 0.0 0.0 2008 60 pts/0 S+ 22:10 0:00 ./echoser_fork

simba 3313 0.0 0.0 4392 836 pts/3 S+ 22:12 0:00 grep --color=auto echoser

simba@ubuntu:~$

發現共有3個進程，其中一個是父進程處於監聽中，另外兩個是子進程處於對客戶端服務中，現在ctrl+c 掉其中一 個client，由上面的分析可知對應服務的子進程也會退出，而因為我們設置了父進程對SIGCHLD信號進行忽略，故不會產生 僵屍進程，輸出如下：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser

simba 3300 0.0 0.0 2008 280 pts/0 S+ 22:10 0:00 ./echoser_fork

simba 3305 0.0 0.0 2008 60 pts/0 S+ 22:10 0:00 ./echoser_fork

simba 3321 0.0 0.0 4392 836 pts/3 S+ 22:13 0:00 grep --color=auto echoser

如果把29行代碼注釋掉，上述的情景輸出可能為 ：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser

simba 3125 0.0 0.0 2004 280 pts/0 S+ 21:38 0:00 ./echoser_fork

simba 3128 0.0 0.0 0 0 pts/0 Z+ 21:38 0:00 [echoser_fork] <defunct>

simba 3130 0.0 0.0 2004 60 pts/0 S+ 21:38 0:00 ./echoser_fork

simba 3141 0.0 0.0 4392 832 pts/3 S+ 21:40 0:00 grep --color=auto echoser

即子進 程退出後變成了僵屍進程。

如果不想忽略SIGCHLD信號，則必須在信號處理函數中調用wait處理，但這裡需要注意的 是wait只能等待第一個退出的子進程，所以這裡需要使用waitpid函數，如下所示：

signal(SIGCHLD, handler);
.....................
    
void handler(int sig)
{
    /*  wait(NULL); //只能等待第一個退出的子進程 */
    /* 即使因為幾個連接同時斷開，信號因不能排隊而父進程只收到一個信號
     * 直到已經waitpid到所有子進程，返回0，才退出循環 */
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
        ;
}

實際上使用 while (wait(NULL) > 0) ; 也可以達到同樣的效果。

二、在最基本的回射客戶/服務器 程序中，服務器只能被動接收客戶端的信息，而不能主動發送信息給客戶端，如果我們想實現對等通信，即P2P，可以在服 務器程序用使用兩個進程，一個進程接收用戶的輸入並發送給客戶端，另一個進程被動接收客戶端的消息並打印出來，此進 程當read 返回0 時得知客戶端已經關閉需要退出進程，此時尚有另一個進程未退出，可以通過在退出前發送消息給它，在 消息處理函數中退出。當然客戶端也必須使用雙進程，原理與服務器程序相同。

下面貼出服務器端程序：

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    > File Name: echoser.c
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    > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST
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#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
    
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)
    
void handler(int sig)
{
    printf("recv a sig=%d\n", sig);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
    
int main(void)
{
    int listenfd; //被動套接字(文件描述符），即只可以accept
    if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
        //  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)
        ERR_EXIT("socket error");
    
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    /* servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); */
    /* inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); */
    
    int on = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
        ERR_EXIT("setsockopt error");
    
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");
    
    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) //listen應在socket和bind之後，而在accept之前
        ERR_EXIT("listen error");
    
    struct sockaddr_in peeraddr; //傳出參數
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); //傳入傳出參數，必須有初始值
    int conn; // 已連接套接字(變為主動套接字，即可以主動connect)
    if ((conn = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen)) < 0)
        ERR_EXIT("accept error");
    printf("recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),
           ntohs(peeraddr.sin_port));
    
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
    if (pid == 0)
    {
    
        signal(SIGUSR1, handler);
    
        char sendbuf[1024] = {0};
        while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
        {
            write(conn, sendbuf, sizeof(sendbuf));
            memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
        }
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    else
    {
        char recvbuf[1024];
        while (1)
        {
            memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
            int ret = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
            if (ret == -1)
                ERR_EXIT("read error");
            else if (ret == 0)
            {
                printf("peer close\n");
                break;
            }
            fputs(recvbuf, stdout);
        }
        kill(pid, SIGUSR1); //父進程退出時發送信號給子進程
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    
    
}

客戶端程序與服務器端程序的改變差不多，就不貼了，這裡是使用父子進程來完成對等通信，即雙方都可以發送信息給 對方，也可以接收對方的信息，上面使用了kill 函數來發現自定義信號，如果子進程發送信號給父進程，可以使用getppid 函數得到父進程的id。輸出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./p2pser

recv connect ip=127.0.0.1 port=56404

fsafd

fds

^C

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./p2pcli

fsafd

fds

peer close

recv a sig=10

大家可以自行分析一下。