服务器类型与TCP并发服务器构建(SELECT)

一、服务器核心类型区分

二、TCP并发服务器构建基础

1. TCP连接特性

TCP协议下，服务端与客户端需建立一对一连接，每个客户端（如cli1、cli2、cli3、cli4）会对应服务端的一个连接文件描述符（如connfd1、connfd2、connfd3、connfd4），通过该描述符实现数据交互。

三、TCP服务端并发模型（4种核心方案）

1. 多进程模型

• 资源开销：进程资源开销大（进程间地址空间独立，切换成本高）。
• 安全性：安全性高（进程间数据隔离，一个进程异常不影响其他进程）。
• 代码

#include "head.h"#define SER_PORT 50000
#define SER_ID "192.168.0.164"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.164");int ret = bind(sockfd, (struct  sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;   }ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void wait_handler(int signo)
{wait(NULL);
}int main(int argc, char const *argv[])
{signal(SIGCHLD_wait_handler);struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){perror("accept error");close (sockfd);return -1;}pid_t pid =fork();if(pid > 0){}else if(pid == 0){char buff[1024] = {0};while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));int cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("recv error");break;}else if(cnt == 0){printf("[ %s : %d ] : cli offline\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));break;}printf("[ %s : %d ] : buff = %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buff);strcat(buff, "------> ok");cnt = send(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");break;}}close(connfd);}}close(sockfd);return 0;
}

2. 多线程模型

• 资源开销：相对进程开销小（线程共享进程地址空间，切换成本低）。
• 并发能力：相同资源环境下，并发处理客户端的数量比多进程模型更优。
• 代码

#include "head.h"#define SER_PORT 50000
#define SER_ID "192.168.0.164"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}//允许绑定处于TIME_WAIT状态的地址，避免端口占用问题：int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.164");int ret = bind(sockfd, (struct  sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;   }ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}void *task(void *arg)
{int connfd = *(int *)arg;char buff[1024] = {0};while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));int cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("recv error");break;}else if(cnt == 0){printf(" cli offline\n");break;}printf("buff = %s\n", buff);strcat(buff, "------> ok");cnt = send(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");break;}}close(connfd);return 0;
}int main(int argc, char const *argv[])
{struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){perror("accept error");close (sockfd);return -1;}pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid, NULL, task, &connfd);if(ret != 0){perror("pthread_create error");return -1;}pthread_detach(tid);}close(sockfd);return 0;
}

3. 线程池模型

• 设计目的：解决多线程/多进程模型中“频繁创建、销毁线程（或进程）”带来的时间消耗问题。
• 核心原理：基于生产者-消费者编程模型，结合任务队列实现的多线程框架（提前创建固定数量线程，循环处理队列中的任务，避免频繁启停线程）。

4. IO多路复用模型

• 核心逻辑：将“IO操作”与“文件描述符（fd）”关联，复用一个进程即可实现对“多个文件描述符读写状态”的同时监测。
• 关键优势：无需创建新进程或线程，仅用单个进程完成多客户端IO事件处理。
• 关联概念：阻塞IO模式下，多个任务会呈现“同步执行”效果（一个任务阻塞时，其他任务需等待）。
• 实现方式：支持3种主流方案，select、poll、epoll。

四、select实现IO多路复用（详细流程与函数）

1. 核心实现步骤（5步）

1. 创建文件描述符集合：定义fd_set类型的集合，用于存放需监测的文件描述符。
2. 添加关注的文件描述符：通过FD_SET()宏，将待监测的fd加入集合。
3. 内核监测事件：调用select()函数，将fd集合传递给内核，由内核监测fd的读写/异常事件。
4. 解除阻塞并获取结果：当内核监测到目标事件（如fd可读），select()解除阻塞，应用层获取事件结果。
5. 处理任务：根据select()返回的结果，对触发事件的fd进行针对性处理（如recv()读取数据）。

2. 关键宏函数（操作fd集合）

3. select函数详情

（1）函数原型

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

（2）功能

将fd集合传递给内核，等待内核返回“触发事件的fd结果”，实现对多fd的事件监测。

（3）参数说明

（4）返回值

• 成功：返回内核监测到的“触发事件的fd个数”。
• 失败：返回-1（如参数错误、系统调用异常）。
• 超时：返回0（超时时间到达，且无任何事件触发）。

（5）代码

#include "head.h"#define SER_PORT 50000
#define SER_ID "192.168.0.164"int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SER_PORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_ID);int ret = bind(sockfd, (struct  sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;   }ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}int main(int argc, char const *argv[])
{char buff[1024] = {0};struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}// 创建文件描述符集合fd_set rdfds;fd_set rdfdstmp;// 清零FD_ZERO(&rdfds);// 添加关注的文件描述符到集合FD_SET(sockfd, &rdfds);int maxfd = sockfd;while(1){rdfdstmp = rdfds;// 传递集合到内核，并等待返回监测结果int cnt = select(maxfd + 1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if(cnt < 0){perror("select error");return -1;}// 是否有监听套接字事件到达 ----》三次握手已完成，可以acceptif(FD_ISSET(sockfd, &rdfdstmp)){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){perror("accept error");close (sockfd);return -1;}FD_SET(connfd, &rdfds);    // 加到原始的集合maxfd = maxfd > connfd ? maxfd : connfd;}// 是否有通信套接字事件到达for(int i = sockfd + 1; i <= maxfd; i++){if(FD_ISSET(i, &rdfdstmp))  // 判断i{memset(buff, 0, sizeof(buff));// 接收 ssize_t cnt = recv(i, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("recv error");FD_CLR(i, &rdfds);      // i 错误 ，从集合中删除iclose(i);              // 先删除再关闭continue;               // 不能使用 break   return}else if(cnt == 0){FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}printf("%s\n", buff);strcat(buff , "-----> ok");cnt = send(i, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}}}}close(sockfd);return 0;
}