引言
让服务器在启动阶段调用fork创建一个子进程池，通过子进程来处理客户端请求。子进程与父进程之间使用socketpair进行通信（为了方便使用sendmsg与recvmsg，如果使用匿名管道，则无法使用以上两个函数）。以下针对TCP进行分析。
server端使用select轮询用于监听客户端请求的被动套接字fd_listen以及用于父子之间通信的socketpair。每当客户端有请求时，server端会将由accept返回的用于与客户端通信的socket描述符通过socketpair发送给一个空闲的子进程，由子进程与客户端进行通信（处理请求）。因此服务器端需要维护一个子进程队列，队列中的每个元素存放着与子进程通信的socketpair以及标记子进程是否空闲的标志位，如下：
typedef struct tag_chd
{
int s_sfd ; //与子进程通信的socketpair描述符
int s_state ; //标记子进程是否空闲
}NODE, *pNODE;
每当子进程处理完客户端请求时，会通过socketpair向server端发送消息，server端select到该socketpair后，会将对应子进程标志位设置为空闲。
注意
1. 由于父进程是先创建子进程，之后才accept用于与客户端通信的socket描述符fd_client，因此子进程的pcb中并没有fd_client的信息。server端需要将fd_client发送子进程。如果只是用send来发送fd_client信息的话，子进程只会将其当成一个整型数。我们需要用sendmsg将fd_client连同其辅助(控制)信息一并发送，这样子进程才会将其当成一个socket描述符。
2. 父进程预先创建子进程池，该子进程如同server端一样是永远不会退出的。子进程中使用while死循环，如下：
while(1)
{
readn = read(sfd, &flag, 4); // 服务器分配的子进程在子进程队列中的下标
printf("readn: %d \n", readn);
printf("read from father: %d \n", flag);
recv_fd(sfd, &fd_client); // recv_fd中封装了recvmsg，接收与客户端通信的socket描述符
handle_request(fd_client); // 处理客户端请求
write(sfd, &pid, sizeof(pid)); // 处理完请求后通过socketpair通知服务器，服务器将该子进程状态设置为空闲
}
每当子进程处理完一个客户端请求后（也就是客户端退出了），子进程会阻塞在 read 处，等待接收下一个客户端请求。
由于是while死循环，且死循环中没有break语句，因此子进程不可能跳出这个while循环，也就不会执行while循环以下的内容了，这样可以保证子进程结尾没有exit也不会执行之后的内容。
3. 编译用到的动态库见Linux网络编程9——对TCP与UDP的简易封装2.0。
函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); struct msghdr {
void *msg_name; /* optional address */
socklen_t msg_namelen; /* size of address */
struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */
size_t msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */
void *msg_control; /* ancillary data, see below */
socklen_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
int msg_flags; /* flags on received message */
}; fields： struct iovec { /* Scatter/gather array items */
void *iov_base; /* Starting address */
size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
}; struct cmsghdr {
socklen_t cmsg_len; /* data byte count, including header */
int cmsg_level; /* originating protocol */ /* 如果是文件描述符，填SOL_SOCKET */
int cmsg_type; /* protocol-specific type */ /* 如果是文件描述符，填SCM_RIGHTS */
/* followed by unsigned char cmsg_data[]; */
}; /* 返回cmsghdr结构的cmsg_len成员的值，考虑到对齐，使用数据部分的长度作为参数。*/
size_t CMSG_LEN(size_t length);
/* 返回cmsghdr的数据部分指针。*/
unsigned char *CMSG_DATA(struct cmsghdr *cmsg); CMSG_DATA() returns a pointer to the data portion of a cmsghdr.
CMSG_LEN() returns the value to store in the cmsg_len member of the cmsghdr structure, taking into
account any necessary alignment. It takes the data length as an argument.
This is a constant expression.
NAME
socketpair - create a pair of connected sockets SYNOPSIS
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h> int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
RETURN VALUE
On success, zero is returned. On error, -1 is returned, and errno is
set appropriately.
代码
server.h
#ifndef __SERVER_H__
#define __SERVER_H__
#include "my_socket.h"
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/uio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#define SER_IP "127.0.0.1"
#define SER_PORT 8888
#define ST_BUSY 1
#define ST_IDLE 2
#define SIZE 8192
#define MSG_SIZE (SIZE - 4) typedef struct tag_mag
{
int msg_len ;
char msg_buf[MSG_SIZE];//8188
}MSG, *pMSG; typedef struct tag_chd
{
int s_sfd ;
int s_state ;
}NODE, *pNODE; extern int errno ;
void make_child(pNODE arr, int cnt);
void child_main(int sfd) ;
void handle_request(int sfd);
void send_fd(int sfd, int fd_file) ;
void recv_fd(int sfd, int* fd_file) ;
void dispatch(pNODE arr, int cnt, int fd_client);
#endif
main.c
/*************************************************************************
> File Name: main.c
> Author: KrisChou
> Mail:zhoujx0219@163.com
> Created Time: Fri 05 Sep 2014 11:19:13 PM CST
************************************************************************/
#include "server.h"
int main(int argc, char* argv[])//exe chld_cnt
{
if(argc != 2)
{
printf("Usage: exe , child_cnt! \n");
exit(1);
}
int child_cnt = atoi(argv[1]);
pNODE arr_child = (pNODE)calloc(child_cnt, sizeof(NODE)) ; /* 动态数组维护子进程池 */
make_child(arr_child, child_cnt); int fd_listen, fd_client ;
my_socket(&fd_listen, MY_TCP, SER_IP, SER_PORT);
my_listen(fd_listen, 10); fd_set readset, readyset ;
FD_ZERO(&readset);
FD_ZERO(&readyset);
FD_SET(fd_listen, &readset);
int index ;
for(index = 0; index < child_cnt; index ++)
{
FD_SET(arr_child[index].s_sfd, &readset);
} int select_ret ;
struct timeval tm ;
while(1)
{
tm.tv_sec = 0 ;
tm.tv_usec = 1000 ;
readyset = readset ;
select_ret = select(1024, &readyset, NULL, NULL, &tm);
if(select_ret == 0) /* 轮询时间内，所有描述符均没有活动，返回0，继续轮询 */
{
continue ;
}else if(select_ret == -1) /* 信号 */
{
if(errno == EINTR)
{
continue ;
}else
{
exit(1);
}
}else
{
if(FD_ISSET(fd_listen, &readyset))
{
fd_client = accept(fd_listen, NULL, NULL) ;
dispatch(arr_child, child_cnt ,fd_client);
close(fd_client);
}
for(index = 0; index < child_cnt; index ++)
{
if(FD_ISSET(arr_child[index].s_sfd, &readyset))
{
int val ;
read(arr_child[index].s_sfd, &val, 4);
arr_child[index].s_state = ST_IDLE ;
}
} } }
}
server.c
/*************************************************************************
> File Name: server.c
> Author: KrisChou
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> Created Time: Fri 05 Sep 2014 11:17:56 PM CST
************************************************************************/
#include "server.h"
void make_child(pNODE arr, int cnt)
{
int index ;
for(index = 0; index < cnt; index ++)
{
pid_t pid ;
int fds[2] ;//fds[0] - c fds[1] - p
socketpair(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0, fds);
pid = fork() ;
if(pid == 0)// child
{
close(fds[1]); /* 子进程用fds[0]，关闭fds[1] */
child_main(fds[0]) ; /* 每创建一个子进程，子进程就进入该函数中(死循环),接收请求，处理请求，如此循环。*/ }else
{
/* 初始化进程池队列中的每一个子进程 */
arr[index].s_sfd = fds[1] ;
arr[index].s_state = ST_IDLE ;
close(fds[0]); /* 父进程用fds[1], 关闭fds[0] */
} } }
void child_main(int sfd)
{
int fd_client ;
int flag ;
int readn ;
pid_t pid = getpid();
while(1)
{
readn = read(sfd, &flag, 4);
printf("readn: %d \n", readn);
printf("read from father: %d \n", flag);
recv_fd(sfd, &fd_client);
handle_request(fd_client);
write(sfd, &pid, sizeof(pid));
}
}
void handle_request(int sfd)
{ MSG my_msg ;
int recvn ;
while(1)
{
memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG));
my_recv(&recvn, sfd, &my_msg, 4);
if(my_msg.msg_len == 0)
{
break ;
}
my_recv(NULL, sfd, my_msg.msg_buf, my_msg.msg_len);
my_send(NULL, sfd, &my_msg, my_msg.msg_len + 4); } }
void send_fd(int sfd, int fd_file)
{
struct msghdr my_msg ;
memset(&my_msg, 0, sizeof(my_msg)); struct iovec bufs[1] ;
char buf[32] = "hello world ! \n";
bufs[0].iov_base = buf ;
bufs[0].iov_len = strlen(buf) ; my_msg.msg_name = NULL ;
my_msg.msg_namelen = 0 ;
my_msg.msg_iov = bufs ;
my_msg.msg_iovlen = 1 ;
my_msg.msg_flags = 0 ; struct cmsghdr *p ;
int cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int)) ; /* 所传为文件描述符，因此sizeof(int) */
p = (struct cmsghdr*)calloc(1, cmsg_len) ;
p -> cmsg_len = cmsg_len ;
p -> cmsg_level = SOL_SOCKET ;
p -> cmsg_type = SCM_RIGHTS ;
*(int*)CMSG_DATA(p) = fd_file ; my_msg.msg_control = p ;
my_msg.msg_controllen = cmsg_len ; int sendn ;
sendn = sendmsg(sfd, &my_msg, 0);
printf("send masg len : %d \n", sendn);
}
void recv_fd(int sfd, int* fd_file)
{
struct msghdr my_msg ; struct iovec bufs[1] ;
char buf1[32]="" ;
bufs[0].iov_base = buf1 ;
bufs[0].iov_len = 31 ; my_msg.msg_name = NULL ;
my_msg.msg_namelen = 0 ;
my_msg.msg_iov = bufs ;
my_msg.msg_iovlen = 2 ;
my_msg.msg_flags = 0 ; struct cmsghdr *p ;
int cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int)) ;
p = (struct cmsghdr*)calloc(1, cmsg_len) ;
my_msg.msg_control = p ;
my_msg.msg_controllen = cmsg_len ; int recvn ;
recvn = recvmsg(sfd, &my_msg, 0); *fd_file = *(int*)CMSG_DATA((struct cmsghdr*)my_msg.msg_control); //写成*(int*)CMSG_DATA(P)也可 printf("buf1: %s, recv msg len : %d \n", buf1, recvn); }
void dispatch(pNODE arr, int cnt, int fd_client)
{
int index ;
for(index = 0 ; index < cnt; index ++)
{
if(arr[index].s_state == ST_IDLE)
{
write(arr[index].s_sfd, &index, 4);
send_fd(arr[index].s_sfd, fd_client); /* 向空闲的子进程分配任务，将服务器accept返回的socket描述符发送给子进程*/
arr[index].s_state = ST_BUSY ;
break ;
}
}
}
client.c
/*************************************************************************
> File Name: client.c
> Author: KrisChou
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> Created Time: Fri 05 Sep 2014 03:48:27 PM CST
************************************************************************/
#include "my_socket.h"
#define MY_IP "127.0.0.1"
#define MY_PORT 6666
#define SER_IP "127.0.0.1"
#define SER_PORT 8888
#define SIZE 8192
#define MSG_SIZE (SIZE - 4)
typedef struct tag_mag//
{
int msg_len ;
char msg_buf[MSG_SIZE];//8188
}MSG, *pMSG;
int main(int argc, char* argv[])
{
int sfd ;
my_socket(&sfd, MY_TCP, MY_IP, atoi(argv[1]));
my_connect(sfd, SER_IP, SER_PORT);
MSG my_msg ;
while(memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG)), fgets(my_msg.msg_buf, MSG_SIZE, stdin)!= NULL)
{
my_msg.msg_len = strlen(my_msg.msg_buf);
my_send(NULL, sfd, &my_msg, 4 + my_msg.msg_len );
memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG));
my_recv(NULL, sfd, &my_msg, 4);
my_recv(NULL, sfd, &my_msg.msg_buf, my_msg.msg_len);
printf("recv from server : %s \n", my_msg.msg_buf); }
/* 客户端退出时，向服务器发送一个长度为0的消息 ，用于通知服务器退出 */
memset(&my_msg, 0, sizeof(MSG));
my_send(NULL, sfd, &my_msg, 4 + my_msg.msg_len);
close(sfd); }
编译如下：
gcc -o s server.c main.c -lmy_socket -I/home/purple/include
gcc -o c client.c -lmy_socket -I/home/purple/include