1.迭代服务器模型
1.1 迭代服务器是处理多个请求时一种最简单直接的思路，即使用while循环，它不具有并发能力，即必须一个一个的处理客户的请求。
1.2 程序示例。
#include "def.h"int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求int main(int argc, const char *argv[]){if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR)ERR_EXIT("signal");int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态struct sockaddr_in peeraddr;int len = sizeof(peeraddr);int peerfd;while(1){if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1) //接受一个TCP连接请求ERR_EXIT("accpet");do_service(peerfd); // 处理请求close(peerfd);}close(listenfd);return 0;}int listenfd_init(){int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);int on = 1;if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1)ERR_EXIT("setsockopt");struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serveraddr.sin_port = htons(9999);if(listenfd == -1)ERR_EXIT("socket");if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1)ERR_EXIT("bind");if(listen(listenfd, 10) == -1)ERR_EXIT("listen");return listenfd;}void do_service(int peerfd){char recvbuf[1024] = {0};int ret;while(1){ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024);if(ret <= 0)break;printf("recv data : %s", recvbuf);writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf));}}
2.多进程服务器模型
2.1 使用多进程编写并发服务器的一般步骤：
a）while(1)循环，每次accept一个连接都fork一个进程；
b）在子进程中要close(listenfd),最后要exit（这里子进程一定要退出，否则会继续执行）；
c）父进程要关闭accept返回的peerfd。
2.2一些要点：
a）父进程要关闭peerfd，这主要是因为close根据引用计数关闭fd，如果父进程不这样做，那么所有通过accept创建的fd都不会被真正释放,这将造成资源耗尽；
b）父进程不可以直接采用waitpid来回收子进程，这样会使得server变为一个迭代服务器，而不具备并发的能力，，必须采用信号这种异步的处理手段；
c）使用信号处理必须注意，使用while而不是if，尽可能多处理僵尸进程，这是为了防止信号的额阻塞和丢失问题，waitpid要使用WNOHANG悬选项。
d）子进程要关闭listenfd；
e）子进程执行do_service之后务必exit(EXIT_SUCCESS)。
2.3 程序示例。
#include "def.h"/** 服务器端使用 多进程 模型**/int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求void handler(int signum); //处理sigchld信号 回收子进程资源int main(int argc, const char *argv[]){if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR)ERR_EXIT("signal");if(signal(SIGCHLD, handler) == SIG_ERR)ERR_EXIT("signal");int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态//多进程模型while(1){struct sockaddr_in peeraddr;memset(&peeraddr, 0,sizeof(peeraddr));int len = sizeof(peeraddr);int peerfd;// 接受一个TCP连接请求if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1)ERR_EXIT("accpet");pid_t pid;if((pid = fork()) < 0)ERR_EXIT("fork");else if(pid == 0){close(listenfd); //子进程要关闭listenfddo_service(peerfd); // 处理请求exit(EXIT_SUCCESS);}close(peerfd); //这里必须关闭peerfd，否则导致资源耗尽}close(listenfd);return 0;}int listenfd_init(){int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);int on = 1;if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1)ERR_EXIT("setsockopt");struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serveraddr.sin_port = htons(9999);if(listenfd == -1)ERR_EXIT("socket");if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1)ERR_EXIT("bind");if(listen(listenfd, 10) == -1)ERR_EXIT("listen");return listenfd;}void do_service(int peerfd){char recvbuf[1024] = {0};int ret;while(1){ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024);if(ret <= 0){close(peerfd);exit(EXIT_SUCCESS);}printf("recv data : %s", recvbuf);writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf));}close(peerfd);}void handler(int signum){while(waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0) ; //while尽可能多回收子进程}
3.多线程服务器模型
3.1 使用多线程编写并发服务器的一般步骤: while（1）循环内，每次accpet一个连接，都创建一个线程。
3.2 一些要点：
a）往线程中传fd，最好使用动态分配内存（有些机器int和void*不兼容），在线程中务必释放内存，防止内存泄露；
b）线程务必使用detach函数，将自己设置为分离状态，自动回收资源。
3.3 程序示例。
#include "def.h"/** 服务器端使用 多线程 模型**/int listenfd_init(); //返回一个处于监听状态的套接字描述符void do_service(int peerfd); // 处理客户端的请求void handler(int signum); //处理sigchld信号 回收子进程资源void *thread_func(void *arg); //线程处理函数int main(int argc, const char *argv[]){if(signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR)ERR_EXIT("signal");if(signal(SIGCHLD, handler) == SIG_ERR)ERR_EXIT("signal");int listenfd = listenfd_init(); // 生成一个套接字并使其处于监听状态//多线程模型while(1){struct sockaddr_in peeraddr;memset(&peeraddr, 0,sizeof(peeraddr));int len = sizeof(peeraddr);int peerfd;if((peerfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &len)) == -1)ERR_EXIT("accpet");int *pfd = (int *)malloc(sizeof(int));*pfd = peerfd;pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_func, pfd);}close(listenfd);return 0;}int listenfd_init(){int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);int on = 1;if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1)ERR_EXIT("setsockopt");struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serveraddr.sin_port = htons(9999);if(listenfd == -1)ERR_EXIT("socket");if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1)ERR_EXIT("bind");if(listen(listenfd, 10) == -1)ERR_EXIT("listen");return listenfd;}void *thread_func(void *arg){ //线程处理函数pthread_detach(pthread_self()); //将当前线程设置为分离状态 自己主动回收资源int *pfd = (int *)arg;int peerfd = *pfd;free(pfd);do_service(peerfd);}void do_service(int peerfd){char recvbuf[1024] = {0};int ret;while(1){ret = readline(peerfd, recvbuf, 1024);if(ret <= 0){close(peerfd);exit(EXIT_SUCCESS);}printf("recv data : %s", recvbuf);writen(peerfd, recvbuf, strlen(recvbuf));}close(peerfd);}void handler(int signum){while(waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0) ; //while尽可能多回收子进程}
4.select服务器模型
4.1 使用 select 编写并发服务器的一般步骤：
a）初始化参数，这里包括readset（描述符集合，用作readyset的备份），readyset用作select函数的传出参数，clients数组（存储所有已连接的fd，这里的数组长度FD_SETSIZE是一个系统定义的宏），maxi（数组的最大下标，便于提高效率），maxfd（要监听的fd的最大值，用作select的第一个参数），nready（用作select的返回值）；
b）进入while(1)循环，readyset = readset；
c）执行select函数，并检查其返回值；
d）检查listenfd是否在准备好的集合中，此时这里需要accpet一个连接，将返回的fd加入到clients数组中和readset结合中，并且还要更新maxi和maxfd；
e）遍历clients数组，依次查看每个fd是否在准备好的集合readyset中，这里要注意，当某一个客户关闭连接时，本地需要close这个fd，更新clients数组，将该fd从readset集合中移除。
4.2 程序示例。
void do_select(int listenfd){//初始化参数fd_set readset, readyset;//readset 用作备份 存储要监听的所有fd，readyset用作返回FD_ZERO(&readset);FD_ZERO(&readyset);FD_SET(listenfd, &readset);//定义数组，存储所有已连接的客户fd 初始化为-1int clients[FD_SETSIZE]; //FD_SETSIZE 是一个系统的宏定义int i;for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++){clients[i] = -1;}int maxi = -1; //数组的最大下标 //?int nready; //select的返回值int maxfd = listenfd;//监听的最大fdwhile(1){//执行select,检查返回值readyset = readset;nready = select(maxfd + 1, &readyset, NULL, NULL, NULL);if(nready == -1){if(errno == EINTR)continue;ERR_EXIT("select");}//检查listenfd 是否在准备好的集合中if(FD_ISSET(listenfd, &readyset)){int peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL);if(peerfd == -1)ERR_EXIT("accept");//为新的fd在clients数组中找一个空位,并更新maxiint i;for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++){if(clients[i] == -1){clients[i] = peerfd;if(i > maxi)maxi = i;break;}}if(i == FD_SETSIZE){//找不到一个空闲fd位置给新的fdfprintf(stderr, "too many clients\n");close(peerfd);continue;}//将新的fd添加到集合中, 更新maxfdFD_SET(peerfd, &readset);if(peerfd > maxfd)maxfd = peerfd;if(--nready <= 0)//执行下一次selectcontinue;}//if listenfd//依次检查每个普通fd是否在准备好的集合中int i;char recvbuf[1024] = {0};for(i = 0; i <= maxi; i++){if(FD_ISSET(clients[i], &readyset)){int ret = readline(clients[i], recvbuf, 1024);if(ret == -1)ERR_EXIT("readline");else if(ret == 0){ //对端已关闭tcp连接//从监听集合中移除fd ，并关闭连接printf("client closed\n");close(clients[i]);FD_CLR(clients[i], &readset);clients[i] = -1;break;}printf("recv data: %s", recvbuf);writen(clients[i], recvbuf, strlen(recvbuf));if(--nready <= 0)break; //不在轮询后面的fd}}//for}//while(1)}
5.poll服务器模型
5.1 使用poll编写并发服务器的一般步骤：
a）创建struct pollfd events[]数组存放用来监听的fd，并且初始化为-1；
b）将listenfd加入到该数组中；
c）进入while(1)循环，执行poll系统调用，并检查返回值；
d）检查listenfd是否可读，若可读，则需要accept一个连接，从events数组中找一个空闲的位置，将返回的fd加入到数组中；
e）检查其他的fd，这里要注意fd关闭的问题（如果客户关闭了连接，本地需要关闭连接，并将数组元素置为-1）。
5.2 程序示例。
void do_poll(int listenfd){struct pollfd clients[2048]; //存储所有要监听的fd//初始化数组int i;for(i = 0; i < 2048; i++){clients[i].fd = -1;}clients[0].fd = listenfd;clients[0].events = POLLIN;int maxi = 0; // clients数组的最大下标int nready; // 接收poll 的返回值//执行 poll 函数while(1){nready = poll(clients, maxi+1, -1);if(nready == -1){if(errno == EINTR)continue;ERR_EXIT("poll");}// 1.处理 listenfdif(clients[0].revents & POLLIN){int peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL);if(peerfd == -1)ERR_EXIT("accept");// 为新的fd 找一个空位置int i;for(i = 0; i < 2048; i++){if(clients[i].fd == -1){clients[i].fd = peerfd;clients[i].events = POLLIN;if(i > maxi) //更新maximaxi = i;break;}}if(i == 2048){fprintf(stderr, "too many clients\n");close(peerfd);continue;}if(--nready <= 0)continue;}// 2.依次轮询已连接的fdint i;for(i = 0; i <= maxi; i++){if(clients[i].fd == -1) //当前位置没有client 连接continue;char recvbuf[1024] = {0};if(clients[i].revents & POLLIN){//处理请求 回显int ret = readline(clients[i].fd, recvbuf, 1024);if(ret == -1)ERR_EXIT("readline");else if(ret == 0){close(clients[i].fd);clients[i].fd = -1;printf("client closed\n");continue;}printf("recv data: %s", recvbuf);writen(clients[i].fd, recvbuf, strlen(recvbuf));if(--nready <= 0)break;}}}}
6.epoll服务器模型
6.1 使用epoll编写并发服务器的一般步骤：
a）创建epoll句柄（使用epoll_create函数），把listenfd加入到epollfd中（这里使用epoll_ctl函数）；
b）创建一个数组，用于接收epoll_wait的返回结果；
c）进入while（1)循环，执行epoll_wait,并检查返回值；
d）判断数组中的每个fd，如果是listenfd，那么需要accept，如果是普通fd，需要echo服务。
6.2 程序示例。
void do_epoll(int listenfd){//创建epoll句柄int epollfd = epoll_create(2048);if(epollfd == -1)ERR_EXIT("epoll_create");//把listenfd加入到epollfd中struct epoll_event ev;ev.data.fd = listenfd;ev.events = EPOLLIN;if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1)ERR_EXIT("epoll_ctl");//创建数组 用作返回struct epoll_event events[2048];int nready;while(1){//执行wait 检查返回值nready = epoll_wait(epollfd, events, 2048, -1);if(nready == -1){if(errno == EINTR)continue;ERR_EXIT("epoll_wait");}//遍历events数组int i;for(i = 0; i < nready; i++){if(events[i].data.fd == listenfd){ //listenfdint peerfd = accept(listenfd, NULL, NULL);if(peerfd == -1)ERR_EXIT("accept");//新的fd加入到句柄中struct epoll_event ev;ev.data.fd = peerfd;ev.events = EPOLLIN;if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, peerfd, &ev) == -1)ERR_EXIT("epoll_ctl");}else{//普通fd 回显int fd = events[i].data.fd;char recvbuf[1024] = {0};int ret = readline(fd, recvbuf, 1024);if(ret == -1)ERR_EXIT("readline");else if(ret == 0){ //客户端关闭连接//移除fdprintf("client closed\n");struct epoll_event ev;ev.data.fd = fd;if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev) == -1)ERR_EXIT("epoll_ctl");//关闭该连接close(fd);//注意这里要先移除在关闭 否则会出错continue;}printf("recv data: %s", recvbuf);writen(fd, recvbuf, strlen(recvbuf));}}}//关闭epoll句柄close(epollfd);}
7.总结
7.1select、poll、epoll之间的区别：
a）select 文件描述符的大小受到限制，而且FD_SETSIZE受内核参数的限制，如果需要更改，需要重新编译内核；
b）poll没有文件描述符大小的限制；
c）select和poll共同的缺点是：内部的数组不同在内核空间和用空间中相互拷贝。而epoll采用共享内存，避免了这一开销；
d）select和poll内部都是采用“轮询”机制，随着fd的增多，select和poll的效率随之下降，而epoll只关心已经准备好的fd，不存在这个缺点。
7.2write是把数据从用户空间拷贝至内核空间，而read是把数据从内核空间拷贝至用户空间。因此，当用read，write读写文件时，效率很低，有一个sendfile函数直接将数据从在内核之间拷贝，不经过用户空间。这叫做零拷贝技术。
