前言：刚开始学网络编程，都会先写一个客户端和服务端，不知道你们有没有试一下：再打开一下客户端，是连不上服务端的。还有一个问题不知道你们发现没：有时启服务器，会提示“Address already in use”，过一会就好了，想过为啥么？在这篇博客会解释这个问题。
但现实的服务器都会连很多客户端的，像阿里服务器等，所以这篇主要介绍如何实现并发服务器，主要通过三种方式：进程、线程和select函数来分别实现。
一、进程实现并发服务器
先说下什么是并发服务器吧？不是指有多个服务器同时运行，而是可以同时连接多个客户端。
先简单说下原理吧，先画个图，如下：
先要搞清楚通信的流程，图上参数说明：
lfd：socket函数的返回值，就是监听描述符
cfd1/cfd2/cfd3:accept函数的返回值，用通信的套接字
server：服务器
client：客户端
socket通信过程中，总共有几个套接字呢？答：三个，客户端一个，服务器两个。
根据上图来大致说明一下流程：
客户端创建一个套接字描述符，用于通信，服务器先用socket函数创建套接字，用于监听客户端，然后调用accept函数，会返回一个套接字，用于通信的。图上就是，client1先通过cfd与server建立连接，然后与cfd1建立连接通信，这时lfd就空闲了，再监听客户端，client2再与lfd连接，再跟cfd2通信。client3也是如此。
现在问题就是。如何创建多个进程与客户端通信呢？通过循环创建子进程就可以实现这个问题
服务端程序，如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000
void do_sigchild(int num)
{
while (waitpid(0, NULL, WNOHANG) > 0)
;
}
int main(void)
{
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len;
int listenfd, connfd;
char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN];
int i, n;
pid_t pid;
struct sigaction newact;
newact.sa_handler = do_sigchild;
sigemptyset(&newact.sa_mask);
newact.sa_flags = 0;
sigaction(SIGCHLD, &newact, NULL); //建立信号，处理子进程退出
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// int opt = 1;
//setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); //端口复用
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
Listen(listenfd, 20);
printf("Accepting connections ...\n");
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
pid = fork();
if (pid == 0) {
Close(listenfd);
while (1) {
n = Read(connfd, buf, MAXLINE);
if (n == 0) {
printf("the other side has been closed.\n");
break;
}
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]);
Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
Write(connfd, buf, n);
}
Close(connfd);
return 0;
} else if (pid > 0) {
Close(connfd);
} else
perr_exit("fork");
}
return 0;
}客户端程序如下：
/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sockaddr_in servaddr;
char buf[MAXLINE];
int sockfd, n;
sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
Write(sockfd, buf, strlen(buf));
n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
if (n == 0) {
printf("the other side has been closed.\n");
break;
}
else
Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}
Close(sockfd);
return 0;
}演示效果，服务器可以同时处理两个客户端，如下：
但我想再测试一下程序，执行./server,发现有个bind error,如下：
下面来解释一下这个问题：
先来一张图片（出自UNP），如下：
这张图将三次握手、四次挥手和TCP状态转换图，这些在我的这篇博客都由介绍，可以参考一下：https://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/9661583.html
注意最后有一个TIME_WAIT状态，主动关闭一端会经历2MSL时长等待（大约40秒），再变为最开始的状态CLOSED。
复现上面的“bind error”，只需退出服务器，在启服务器，就会报出此错。因为主动关闭一端，会经历2MSL时长，端口IP会被占用，所以会报“bind error”。
但可能会问：为啥先退出客户端没有此问题？因为客户端没有调用bind函数地址结构，会“隐式”生成端口。
有没有方法可以解决这个问题呢？当然有的，调用函数setsockopt即可，服务端程序如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000
void do_sigchild(int num)
{
while (waitpid(0, NULL, WNOHANG) > 0)
;
}
int main(void)
{
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len;
int listenfd, connfd;
char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN];
int i, n;
pid_t pid;
struct sigaction newact;
newact.sa_handler = do_sigchild;
sigemptyset(&newact.sa_mask);
newact.sa_flags = 0;
sigaction(SIGCHLD, &newact, NULL); //建立信号，处理子进程退出
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int opt = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); //端口复用
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
Listen(listenfd, 20);
printf("Accepting connections ...\n");
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
pid = fork();
if (pid == 0) {
Close(listenfd);
while (1) {
n = Read(connfd, buf, MAXLINE);
if (n == 0) {
printf("the other side has been closed.\n");
break;
}
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]);
Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
Write(connfd, buf, n);
}
Close(connfd);
return 0;
} else if (pid > 0) {
Close(connfd);
} else
perr_exit("fork");
}
return 0;
}二、线程实现并发服务器
理解了进程的方式，就是创建多个线程来实现，就不过多解释了，程序需要对线程有一定了解，之后我还会写篇博客来介绍线程，敬请期待哦。
服务器代码如下，有有详细的解释：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000
struct s_info { //定义一个结构体, 将地址结构跟cfd捆绑
struct sockaddr_in cliaddr;
int connfd;
};
void *do_work(void *arg)
{
int n,i;
struct s_info *ts = (struct s_info*)arg;
char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN]; //#define INET_ADDRSTRLEN 16 可用"[+d"查看
while (1) {
n = Read(ts->connfd, buf, MAXLINE); //读客户端
if (n == 0) {
printf("the client %d closed...\n", ts->connfd);
break; //跳出循环,关闭cfd
}
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &(*ts).cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
ntohs((*ts).cliaddr.sin_port)); //打印客户端信息(IP/PORT)
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]); //小写-->大写
Write(STDOUT_FILENO, buf, n); //写出至屏幕
Write(ts->connfd, buf, n); //回写给客户端
}
Close(ts->connfd);
return (void *)0;
}
int main(void)
{
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len;
int listenfd, connfd;
pthread_t tid;
struct s_info ts[256]; //根据最大线程数创建结构体数组.
int i = 0;
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建一个socket, 得到lfd
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); //地址结构清零
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //指定本地任意IP
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); //指定端口号 8000
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //绑定
Listen(listenfd, 128); //设置同一时刻链接服务器上限数
printf("Accepting client connect ...\n");
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); //阻塞监听客户端链接请求
ts[i].cliaddr = cliaddr;
ts[i].connfd = connfd;
/* 达到线程最大数时，pthread_create出错处理, 增加服务器稳定性 */
pthread_create(&tid, NULL, do_work, (void*)&ts[i]);
pthread_detach(tid); //子线程分离,防止僵线程产生.
i++;
}
return 0;
}客户端代码如下：
/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sockaddr_in servaddr;
char buf[MAXLINE];
int sockfd, n;
sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr.s_addr);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
Write(sockfd, buf, strlen(buf));
n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
if (n == 0)
printf("the other side has been closed.\n");
else
Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}
Close(sockfd);
return 0;
}三、select实现并发服务器
select和进程主要区别在于，进程是阻塞的，而select是交给内核自己来实现的，由于select比较复杂，参考另一篇博客：
文章来源：https://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/9664204.html
推荐阅读：https://www.roncoo.com/article/index?title=%E5%B9%B6%E5%8F%91