網絡編程中的并發控制
時間：2017-11-27 來源：未知
在Linux網絡編程中，一般建立在兩端之間，服務器端和客戶端。客戶端是面向用戶的應用，而服務器端要處理客戶端所提出的請求。通常一個服務器要面向多個客戶端，保證對每個客戶端都能高效的處理，這時候需要并發操作。實現并發控制的方法有兩個，一個是并發服務器，另一個是多路復用I/O，現在就給大家介紹一下這兩種方法。
方法一：并發服務器
這個方法可以通過進程（線程）來實現，主要根據子進程（子線程）之間并行運行的特點。將對客戶端請求的處理工作，交于子進程（子線程）來處理，達到一個服務器同時處理多個客戶端的效果。通過2個例子實現一個簡單的服務器與客戶端的一對多。
例1：進程實現并發服務器（TCP通信）
首先，服務器端代碼如下：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int sockfd, newfd, r;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
pid_t pid;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套接字--流式套接字
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
myaddr.sin_port = htons(56666); // 要綁定的端口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 要綁定的地址 這里以 127.0.0.1為例
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定地址信息
if( listen(sockfd, 10) < 0){ // 設置監聽 同一時刻能客戶端的連接請求的大數
perror("listen ");return -1;
}
while(1) { // 循環
newfd = accept(sockfd, &fromaddr, &len); // 阻塞接收 客戶端的連接請求
pid = fork(); // 創建新進程
if(pid == 0){ // 子進程 處理以連接成功的客戶端
while(1){
r = recv(newfd, buf, 100, 0); //處理客戶端 接收信息
if(r <= 0){ printf("客戶端已退出：%d \n",newfd);break; }
printf("%d : %s\n", newfd, buf);
bzero(buf, strlen(buf));
}
close(newfd); // 關閉 連接
exit(0); // 處理完 子進程退出
}else if(pid < 0){ exit(0); }
}
close(sockfd);
}
客戶端代碼如下：
int main()
{
int sockfd,r;
char buf[100] = {0};
struct sockaddr_in toaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套接字--流式套接字
printf("sockfd = %d\n", sockfd);
toaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
toaddr.sin_port = htons(56666); // 對方的端口號
toaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 對方的IP地址
// 發送連接請求 與對方建立連接
r = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&toaddr, sizeof(toaddr));
if(r == -1){ perror("connect "); return -1; }
printf("connect OK\n"); // 連接成功
while(1){ // 循環 向服務器端發送信息
scanf("%s", buf);
send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);
}
close(sockfd);
}
然后，編譯服務器端 和 客戶端，終端執行如圖1命令：
圖1 編譯文件
用一個終端執行服務器，多個終端執行客戶端，結果如圖2：
左邊第一個是服務器端，先開啟；右邊2個是客戶端，同時訪問服務器；服務器能同時處理這些客戶端。
圖2 執行結果
例2：線程實現并發服務器（TCP通信）
首先，服務器端代碼如下：
……
#include<pthread.h>
void * fun(void *p) // 線程處理函數
{
int fd = *((int *)p); // 獲取傳參 得到 套接字描述符
char buf[100] = {0};
int r;
printf("pthread fd = %d start\n", fd);
while(1){ //循環 接受信息
r = recv(fd, buf, 100, 0);
if(r <= 0){ printf("客戶端已退出 : %d\n",fd); break; }
printf("%d : %s\n", fd, buf);
bzero(buf,strlen(buf));
}
close(fd); // 關閉套接字 線程結束
}
int main()
{
int sockfd, newfd, r;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
pthread_t tid;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套接字--流式套接字
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
myaddr.sin_port = htons(56666); // 端口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // IP地址
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定
if( listen(sockfd, 10) < 0) { perror("listen "); return -1; } //監聽
while(1){ // 進程 循環接受客戶端的請求
newfd = accept(sockfd, &fromaddr, &len); // 阻塞 接受 并建立連接
printf("newfd = %d\n", newfd);
pthread_create(&tid, NULL, fun, &newfd); //創建線程 將連接好的套接字傳給線程
}
close(sockfd);
}
客戶端代碼，同例1中客戶端代碼。
編譯服務器和客戶端，終端執行命令，如圖3：注意線程編譯時加載庫。
圖3 gcc編譯
用一個終端執行服務器，多個終端執行客戶端，結果如圖4。左邊第一個是服務器端，先開啟；右邊2個是客戶端，同時訪問服務器；服務器為客戶端創建線程，同時處理這些客戶端。
圖4 執行結果
方法二：多路復用I/O
基本思想：有一個存儲文件描述符的表，有固定的函數（select）可以檢測表中的文件描述符狀態，當這些文件描述符中的一個或多個已準備好進行I/O時函數才返回。
函數返回時告訴進程那個描述符已就緒，可以進行I/O操作。
解決問題：多進程（多線程）情況下程序的復雜性較高，阻塞模式/非阻塞模式下效率低。IO多路復用是更好的方法，邏輯簡單、效率高。
IO多路復用涉及函數 ：第一：select函數 功能：檢測表中文件描述符的狀態
函數原型 ： #include<sys/select.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h>
int select(int n, fd_set * read_fds, fd_set *write_fds, fd_set *except_dst, struct timeval *timeout);
n : 文件描述符大值+1
read_fds : 所有讀文件描述符的集合
write_fds : 寫 文件描述符集合
except_fds : 其他的 文件描述符集合
timeout : 阻塞等待的時間 毫秒
struct timeval t = {5, 600}; &t 5.6秒
NULL/0 無限等待
struct timeval t = {0， 0}; &t 0秒 不等待
返回值 ： 就緒描述符的數目
超時返回 0
失敗返回 -1
第二：文件描述符操作函數(宏定義)
void FD_SET（int fd, fd_set *fds）; 將文件描述符 添加到 表中
void FD_CLR（int fd, fd_set *fds）; 刪除 一個文件描述符
void FD_ZERO（fd_set *fds）; 清零
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fds); 判斷 fd 是否已經準備I/O
服務器端可以采用多路IO復用實現一對多處理，代碼如下：
……
#include<sys/select.h>
int main()
{
int sockfd, newfd, r, i, maxfd;
struct sockaddr_in myaddr;
struct sockaddr fromaddr;
socklen_t len = 16;
char buf[100] = {0};
fd_set fds;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建TCP通信的套接字--流式套接字
myaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
myaddr.sin_port = htons(56667); // 端口號
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// IP地址
r = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&myaddr, sizeof(myaddr)); // 綁定
if( listen(sockfd, 10) < 0){ //監聽
perror("listen "); return -1; }
FD_ZERO(&fds); // 清空表
FD_SET(sockfd, &fds); // 添加 套接字描述符 到表中
maxfd = sockfd; // 記錄 描述符 的 大值
while(1){
// 阻塞 等待是否 有訪問到來
r = select(maxfd+1, &fds, NULL, NULL, NULL);
if(r <=0){ return -1; }
for(i = 0; i <= maxfd;i++){
if(FD_ISSET(i, &fds)) { //找出 I/O操作的套接字描述符
if(i == sockfd){ // 客戶端 發送 連接請求
newfd = accept(i, &fromaddr, &len); // 接受 并建立連接
printf("newfd = %d start\n", newfd);
FD_SET(newfd, &fds); // 將新套接字描述符 添加到表中
maxfd = maxfd > newfd ? maxfd : newfd; // 更新 大值
}
else{ // 客戶端 接收/發送 信息
r = recv(i, buf, 100, 0);
if(r <= 0){
close(i);
FD_CLR(i, &fds); // 從表中刪除該套接字
}else {
send(i, buf, strlen(buf), 0);
printf("%d : %s\n", i, buf);
bzero(buf, strlen(buf));
}
}}}}}
客戶端代碼如下：
int main()
{
int sockfd,r;
char buf[100] = {0};
struct sockaddr_in toaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建TCP通信的套接字--流式套接字
printf("sockfd = %d\n", sockfd);
toaddr.sin_family = AF_INET; // 地址信息填寫
toaddr.sin_port = htons(56667); // 對方的端口號
toaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 對方的IP地址
// 發送連接請求 與對方建立連接
r = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&toaddr, sizeof(toaddr));
if(r == -1){ perror("connect "); return -1; }
printf("connect OK\n"); // 連接成功
scanf("%s", buf);
send(sockfd, buf, strlen(buf), 0); //向服務器端發送信息
bzero(buf, strlen(buf));
recv(sockfd, buf, 100, 0); //收取對方的回發信息
printf("recv : %s\n", buf);
close(sockfd);
}
然后，gcc編譯服務器端和客戶端，分別生成可執行文件，在不同終端執行（左邊第一個為服務器端，之后的是客戶端），執行后結果如圖5所示：
圖5 執行結果圖
在多路復用I/O中例子中，服務器端用的是for循環依次遍歷描述符表，所以造成后面客戶端的等待問題。
以上就是在網絡編程中常用的并發操作，希望可以為你提供一定的幫助。
