TCP服务器的演变过程：多进程实现一对多的TCP服务器

使用多进程实现一对多的TCP服务器

一、前言

手把手教你从0开始编写TCP服务器程序，体验开局一块砖，大厦全靠垒。

为了避免篇幅过长使读者感到乏味，对【TCP服务器的开发】进行分阶段实现，一步步进行优化升级。本节在上一章节的基础上，改为多进程方式实现TCP服务器，为每个新接入的客户端分配进程，实现一个服务器程序处理多个客户端连接。主要目的是比较不同方式的利弊关系。

二、新增使用的fork()函数

函数原型：

#include<unistd.h>pid_tfork(void);

fork（）通过复制调用进程来创建一个新进程。新进程被称为子进程。调用进程被称为父进程。

子进程和父进程在单独的内存空间中运行。在执行fork（）时，两个内存空间都具有相同的内容。其中一个进程执行的内存写入、文件映射（mmap）和取消映射（munmap），不会影响另一个进程。

返回值：

• 返回0，代表子进程。
• 返回非零，代表是父进程。

三、实现步骤

使用多进程方案，来一个连接请求则克隆一个子进程。

（1）创建socket。

int listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(listenfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));return SOCKET_CREATE_FAILED;}

（2）绑定地址。

structsockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));

server.sin_family=AF_INET;
server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server.sin_port=htons(LISTEN_PORT);if(-1==bind(listenfd,(structsockaddr*)&server,sizeof(server))){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(listenfd);return SOCKET_BIND_FAILED;}

（3）设置监听。

if(-1==listen(listenfd,BLOCK_SIZE)){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(listenfd);return SOCKET_LISTEN_FAILED;}

（4）接收连接。

structsockaddr_in client;memset(&client,0,sizeof(client));socklen_t len=sizeof(client);int clientfd=accept(listenfd,(structsockaddr*)&client,&len);if(clientfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(listenfd);return SOCKET_ACCEPT_FAILED;}

（5）为每个连接克隆子进程。

pid_t pid=fork();if(pid==0){routine(clientfd);break;}else{printf("pid = %d\n",pid);}

（6）在子进程里面接收数据。

char buf[BUFFER_LENGTH]={0};
ret=recv(clientfd,buf,BUFFER_LENGTH,0);if(ret==0){printf("connection dropped\n");}printf("recv --> %s\n",buf);

（7）在子进程里面发送数据。

if(-1==send(clientfd,buf,ret,0)){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));}

（8）关闭文件描述符。

close(listenfd);

四、完整代码

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<sys/types.h>#include<netinet/in.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#defineLISTEN_PORT8888#defineBLOCK_SIZE10#defineBUFFER_LENGTH1024enumERROR_CODE{
    SOCKET_CREATE_FAILED=-1,
    SOCKET_BIND_FAILED=-2,
    SOCKET_LISTEN_FAILED=-3,
    SOCKET_ACCEPT_FAILED=-4};voidroutine(int clientfd){while(1){// 5.char buf[BUFFER_LENGTH]={0};int ret=recv(clientfd,buf,BUFFER_LENGTH,0);if(ret==0){printf("connection dropped\n");break;}printf("fd=%d recv --> %s\n",clientfd,buf);send(clientfd,buf,ret,0);}close(clientfd);}intmain(int argc,char**argv){// 1.int listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(listenfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));return SOCKET_CREATE_FAILED;}// 2.structsockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));

    server.sin_family=AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    server.sin_port=htons(LISTEN_PORT);if(-1==bind(listenfd,(structsockaddr*)&server,sizeof(server))){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(listenfd);return SOCKET_BIND_FAILED;}// 3.if(-1==listen(listenfd,BLOCK_SIZE)){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(listenfd);return SOCKET_LISTEN_FAILED;}printf("listen port: %d\n",LISTEN_PORT);structsockaddr_in client;socklen_t len=sizeof(client);int clientfd=-1;while(1){// 4.memset(&client,0,sizeof(client));
        clientfd=accept(listenfd,(structsockaddr*)&client,&len);if(clientfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));continue;}printf("accept successdul, fd = %d\n",clientfd);pid_t pid=fork();if(pid==0){routine(clientfd);break;}else{printf("pid = %d\n",pid);}}close(listenfd);return0;}

编译：

gcc -o server server.c

五、TCP客户端

5.1、自己实现一个TCP客户端

自己实现一个TCP客户端连接TCP服务器的代码：

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#defineBUFFER_LENGTH1024enumERROR_CODE{
    SOCKET_CREATE_FAILED=-1,
    SOCKET_CONN_FAILED=-2,
    SOCKET_LISTEN_FAILED=-3,
    SOCKET_ACCEPT_FAILED=-4};intmain(int argc,char** argv){if(argc<3){printf("Please enter the server IP and port.");return0;}printf("connect to %s, port=%s\n",argv[1],argv[2]);int connfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(connfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));return SOCKET_CREATE_FAILED;}structsockaddr_in serv;
    serv.sin_family=AF_INET;
    serv.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv.sin_port=htons(atoi(argv[2]));socklen_t len=sizeof(serv);int rwfd=connect(connfd,(structsockaddr*)&serv,len);if(rwfd==-1){printf("errno = %d, %s\n",errno,strerror(errno));close(rwfd);return SOCKET_CONN_FAILED;}int ret=1;while(ret>0){char buf[BUFFER_LENGTH]={0};printf("Please enter the string to send:\n");scanf("%s",buf);send(connfd,buf,strlen(buf),0);memset(buf,0,BUFFER_LENGTH);printf("recv:\n");
        ret=recv(connfd,buf,BUFFER_LENGTH,0);printf("%s\n",buf);}close(rwfd);return0;}

编译：

gcc -o client client.c

5.2、Windows下可以使用NetAssist的网络助手工具

下载地址：http://old.tpyboard.com/downloads/NetAssist.exe

小结

这里基于上一个章节的内容进行了升级，可以接受多个客户端同时连接，并为每个连接克隆一个子进程进行通信。

但是，使用多进程会非常消耗资源，特别是高并发的时候，会是系统内存爆满，开销巨大。那么有没有办法在一个线程中就可以完成高并发通信呢？答案是可以的，下一章节将介绍使用select实现一个线程完成多个连接的通信，也就是IO多路复用技术。