Linux网络编程-- 服务器模型

在网络程序里面,一般的来说都是许多客户机对应一个服务器.为了处理客户机的请求, 对服务端的程序就提出了特殊的要求.我们学习一下目前最常用的服务器模型.

循环服务器:循环服务器在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求

并发服务器:并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求


9.1 循环服务器:

UDP服务器
UDP循环服务器的实现非常简单:
UDP服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求,处理, 然后将结果返回给客户机.

可以用下面的算法来实现.

    socket(...);
    bind(...);
    while(1)
    {
        recvfrom(...);
        process(...);
        sendto(...);
    }

因为UDP是非面向连接的,没有一个客户端可以老是占住服务端. 只要处理过程不是死循环, 服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足.

9.2 循环服务器:

TCP服务器
TCP循环服务器的实现也不难:TCP服务器接受一个客户端的连接,然后处理,完成了这个客户的所有请求后,断开连接.

算法如下:

socket(...);
bind(...);
listen(...);

while(1)
{
    accept(...);
    while(1)
    {
        read(...);
        process(...);
        write(...);
    }
    close(...);
}

TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求.只有在这个客户的所有请求都满足后, 服务器才可以继续后面的请求.这样如果有一个客户端占住服务器不放时,其它的客户机都不能工作了.因此,TCP服务器一般很少用循环服务器模型的.

9.3 并发服务器:     TCP服务器
为了弥补循环TCP服务器的缺陷,人们又想出了并发服务器的模型. 并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理,而是服务器创建一个 子进程来处理.

算法如下:

    socket(...);
    bind(...);
    listen(...);
    while(1)
    {
        accept(...);
        if(fork(..)==0)
        {
                while(1)
                {
                    read(...);
                    process(...);
                    write(...);
                }
                close(...);
                exit(...);
        }
    close(...);
    }

TCP并发服务器可以解决TCP循环服务器客户机独占服务器的情况. 不过也同时带来了一个不小的问题.
为了响应客户机的请求,服务器要创建子进程来处理. 而创建子进程是一种非常消耗资源的操作.

9.4 并发服务器:

多路复用I/O
为了解决创建子进程带来的系统资源消耗,人们又想出了多路复用I/O模型.

首先介绍一个函数select

int select(int nfds,
        fd_set *readfds,fd_set *writefds,
      fd_set *except fds,
      struct timeval *timeout
      )

void FD_SET(int fd,fd_set *fdset)

void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)

void FD_ZERO(fd_set *fdset)

int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)

一般的来说当我们在向文件读写时,进程有可能在读写出阻塞,直到一定的条件满足.

 比如我们从一个套接字读数据时,可能缓冲区里面没有数据可读(通信的对方还没有发送数据过来),
 这个时候我们的读调用就会等待(阻塞)直到有数据可读.如果我们不 希望阻塞,
 我们的一个选择是用select系统调用.
 
 只要我们设置好select的各个参数,那么当文件可以读写的时候select回"通知"我们 说可以读写了.
 readfds所有要读的文件  文件描述符的集合
writefds所有要写的文件   文件描述符的集合

exceptfds其他的服要向我们通知的文件描述符

timeout超时设置.

nfds所有我们监控的文件描述符中最大的那一个加1

在我们调用select时进程会一直阻塞直到以下的一种情况发生.
1)有文件可以读.
2)有文件可以写.
3)超时所设置的时间到.

为了设置文件描述符我们要使用几个宏. FD_SET将fd加入到fdset

FD_CLR将fd从fdset里面清除

FD_ZERO从fdset中清除所有的文件描述符

FD_ISSET判断fd是否在fdset集合中

使用select的一个例子

int use_select(int *readfd,int n)
{
        fd_set my_readfd;
        int maxfd;
        int i;
       
        maxfd=readfd[0];
       
        for(i=1;i<n;i++)
        {
            if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
        }
       
       
       
        while(1)
        {
            /* 将所有的文件描述符加入 */
            FD_ZERO(&my_readfd);
           
            for(i=0;i<n;i++)
            FD_SET(readfd[i],*my_readfd);
           
            /* 进程阻塞 */
            select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
           
            /* 有东西可以读了 */
            for(i=0;i<n;i++)
            {
                if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
                {
                        /* 原来是我可以读了 */
                        we_read(readfd[i]);
                }
            }
        }
}

使用select后我们的服务器程序就变成了.


初始话(socket,bind,listen);

while(1)
{
        设置监听读写文件描述符(FD_*);
       
        调用select;
       
        如果是倾听套接字就绪,说明一个新的连接请求建立
        {
            建立连接(accept);
            加入到监听文件描述符中去;
        }
        否则说明是一个已经连接过的描述符
        {
            进行操作(read或者write);
        }

}

多路复用I/O可以解决资源限制的问题.着模型实际上是将UDP循环模型用在了TCP上面. 这也就带来了一些问题.如由于服务器依次处理客户的请求,所以可能会导致有的客户 会等待很久.

 并发服务器:        UDP服务器
人们把并发的概念用于UDP就得到了并发UDP服务器模型.
 并发UDP服务器模型其实是简单的.和并发的TCP服务器模型一样是
 创建一个子进程来处理的 算法和并发的TCP模型一样.

除非服务器在处理客户端的请求所用的时间比较长以外,人们实际上很少用这种模型.