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Linux高并发服务器——select服务器

Linux高并发服务器——select服务器

作者: 诗人和酒 | 来源:发表于2021-03-12 15:20 被阅读0次

    高并发服务器

    select服务器属于多路I/O转接服务器的其中一种服务器模型

    select能监听的文件描述符个数受限于FD_SETSIZE,一般为1024,单纯改变进程打开

    的文件描述符个数并不能改变select监听文件个数

    解决1024以下客户端时使用select是很合适的,但如果链接客户端过多,select采用

    的是轮询模型,会大大降低服务器响应效率,不应在select上投入更多精力

    多路I/O转接服务器模型大致如下图一样,select就像是服务器的小助手一样,帮忙服务器处理客户端的请求,这样服务器不需要一直去询问客户端是否有数据需要发送,减缓了服务器的压力。

    image.png

    接下来了解一下select函数的用法

    select

        #include <sys/select.h>
        #include <sys/time.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <unistd.h>
    
        int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,
         struct timeval *timeout);  
    

    参数

    nfds: 监控的文件描述符集里最大文件描述符加1,因为此参数会告诉内核检测前多少个文件描述符的状态
    readfds:监控有读数据到达文件描述符集合,传入传出参数
    writefds:监控写数据到达文件描述符集合,传入传出参数
    exceptfds:监控异常发生达文件描述符集合,如带外数据到达异常,传入传出参数
    timeout:定时阻塞监控时间,3种情况
    1.NULL,永远等下去

    2.设置timeval,等待固定时间

    3.设置timeval里时间均为0,检查描述字后立即返回,轮询

    struct timeval {
    long tv_sec; /* seconds */
    long tv_usec; /* microseconds */
    };
    

    关于集合的操作

    void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //把文件描述符集合里fd清0
    int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //测试文件描述符集合里fd是否置1
    void FD_SET(int fd, fd_set *set); //把文件描述符集合里fd位置1
    void FD_ZERO(fd_set *set); //把文件描述符集合里所有位清0
    

    接下来直接从select服务器代码进行讲解,代码结构主要分为

    服务器搭建(创建、绑定、监听)
    大循环for ,select检查事件
    for循环中有两个主体 其中if分支中处理就绪的客户端放入client中 小循环for中进行数据处理

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.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[])
    {
        int i, maxi, maxfd;
        int listenfd, connfd, sockfd;
        int nready, client[FD_SETSIZE];
        ssize_t n;
        
        //两个集合
        fd_set rset, allset;
        
        char buf[MAXLINE];
        char str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
        socklen_t cliaddr_len;
        struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
        
        //创建套接字
        listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        
        //绑定
        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));
        
        //监听
        Listen(listenfd, 20); /* 默认最大128 */
        
        //需要接收最大文件描述符
        maxfd = listenfd; 
        
        //数组初始化为-1
        maxi = -1; 
        for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
            client[i] = -1;
        
        //集合清零
        FD_ZERO(&allset);
        
        //将listenfd加入allset集合
        FD_SET(listenfd, &allset);
        
        for ( ; ; ) 
        {
            //关键点3
            rset = allset; /* 每次循环时都重新设置select监控信号集 */
            
            //select返回rest集合中发生读事件的总数  参数1:最大文件描述符+1
            nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);  
            if (nready < 0)
                perr_exit("select error");
            
            //listenfd是否在rset集合中
            if (FD_ISSET(listenfd, &rset))
            {
                //accept接收
                cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
                //accept返回通信套接字,当前非阻塞,因为select已经发生读写事件
                connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
                printf("received from %s at PORT %d\n",
                       inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                       ntohs(cliaddr.sin_port));
                
                //关键点1  
                for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
                    if (client[i] < 0) 
                    {
                        client[i] = connfd; /* 保存accept返回的通信套接字connfd存到client[]里 */
                        break;
                    }
                    
                /* 是否达到select能监控的文件个数上限 1024 */
                if (i == FD_SETSIZE) {
                    fputs("too many clients\n", stderr);
                    exit(1);
                }
                
                //关键点2
                FD_SET(connfd, &allset); /*添加一个新的文件描述符到监控信号集里 */
                
                //更新最大文件描述符数
                if (connfd > maxfd)
                    maxfd = connfd; /* select第一个参数需要 */
                if (i > maxi)
                    maxi = i; /* 更新client[]最大下标值 */
                
                /* 如果没有更多的就绪文件描述符继续回到上面select阻塞监听,负责处理未处理完的就绪文件描述符 */
                if (--nready == 0)
                    continue; 
            }
            
            for (i = 0; i <= maxi; i++) 
            { 
                //检测clients 哪个有数据就绪
                if ( (sockfd = client[i]) < 0)
                    continue;
                
                //sockfd(connd)是否在rset集合中
                if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) 
                {
                    //进行读数据 不用阻塞立即读取(select已经帮忙处理阻塞环节)
                    if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0)
                    {
                        /* 无数据情况 client关闭链接,服务器端也关闭对应链接 */
                        Close(sockfd);
                        FD_CLR(sockfd, &allset); /*解除select监控此文件描述符 */
                        client[i] = -1;
                    } else 
                    {
                        //有数据
                        int j;
                        for (j = 0; j < n; j++)
                            buf[j] = toupper(buf[j]);
                        Write(sockfd, buf, n);//写回客户端
                    }
                    if (--nready == 0)
                        break;
                }
            } 
                
        }
        close(listenfd);
        return 0;
    }
    

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