基于自定义协议的服务器高并发处理之：多进程模型

https://www.cnblogs.com/lan0725/p/11634267.html 只是简单的处理，服务器返回客户端一个时间，然后关闭了socket。

如果要进行双向通信，服务器势必要调用read函数，而read默认阻塞，那么如果客户端不向服务器发送数据，则主线程一直阻塞，其它客户端无法连接成功。这就需要处理高并发问题。

服务器高并发处理的三种方式

1. 多进程 https://www.cnblogs.com/lan0725/p/11634709.html
2. 多线程 https://www.cnblogs.com/lan0725/p/11639142.html
3.  I/O多路复用

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本篇：多进程模型

主线程只负责accept操作，接收来自客户端的连接。

收到一个客户端连接后，就fork出来一个子进程，子进程负责具体的I/O操作。

收到第二个客户端连接后，再fork出来另一个子进程，子进程负责具体的I/O操作。

以此类推。

注意：

1. 每个子进程只服务于单个连接。
2. 注意子进程回收

弊端：启动进程占用系统开销大。

由于自己封装了消息，故有协议读写代码msg.h 和 msg.c。我做了个简单的make，当然可以不用，gcc的时候注意指定msg.c即可。

Makefile

app:obj/time_tcp_server.o obj/time_tcp_client.o obj/msg.o obj/echo_tcp_server_process.o obj/echo_tcp_server_thread.o  obj/echo_tcp_client.o
    gcc obj/time_tcp_server.o -o bin/time_tcp_server
    gcc obj/time_tcp_client.o -o bin/time_tcp_client
    gcc -Iinclude obj/echo_tcp_client.o obj/msg.o -o bin/echo_tcp_client
    gcc -Iinclude obj/echo_tcp_server_process.o obj/msg.o -o bin/echo_tcp_server_process
    gcc -Iinclude obj/echo_tcp_server_thread.o obj/msg.o -o bin/echo_tcp_server_thread

obj/time_tcp_server.o:src/time_tcp_server.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

obj/time_tcp_client.o:src/time_tcp_client.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

obj/msg.o:src/msg.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

obj/echo_tcp_server_process.o:src/echo_tcp_server_process.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

obj/echo_tcp_server_thread.o:src/echo_tcp_server_thread.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

obj/echo_tcp_client.o:src/echo_tcp_client.c
    gcc  -Iinclude -c $< -o $@

clean:
    rm bin/*
    rm obj/*

目录结构：

msg.h

/*
*封装自定义的协议
*
*/

#ifndef _MSG_H_
#define _MSG_H_

#include <sys/types.h>

typedef struct msg
{
    //协议头
    char head[9];
    //校验码
    char checkcode;
    //实际的存入数据
    char data[1024];
}Msg;

//发送一个基于自定义协议的Msg
//从fd中读取内容，写入到buff
extern int read_msg(int sockfd, char* buff, size_t buffsize);

////读取一个基于自定义协议的Msg
//将buff中的内容写入到fd
extern int write_msg(int sockfd, char* buff, size_t buffsize);

#endif

msg.c代码

/*
*封装自定义的协议
*
*/
#include "msg.h"
#include <memory.h>
#include <unistd.h>

#define HEAD_DESC "elan2019"

//获得校验码
static unsigned char msg_checkcode(const Msg* message)
{
    unsigned char ret = 0;
    for (int i = 0; i < sizeof(message->head); ++i)
    {
        ret += message->head[i];
    }
    for (int i = 0; i < sizeof(message->data); ++i)
    {
        ret += message->data[i];
    }
    return ret;
}


// 从fd中读取内容，读取的数据存放到buff
int read_msg(int fd, char* buff, size_t buffsize)
{
    Msg message;
    memset(&message, 0, sizeof(message));

    size_t size = read(fd, &message, sizeof(message));
    if( size < 0 )
    {
        return -1;
    }
    else if (size == 0)
    {
        return 0;
    }

    //校验比对，判断接收到的数据完整性
    unsigned char cc = msg_checkcode(&message);
    if ((unsigned char)message.checkcode ==  cc
        && (strcmp(HEAD_DESC, message.head) == 0))
    {
        memcpy(buff, &message.data, buffsize);
        return sizeof(message);
    }
    return -1;
}

//将buff中的内容写入到fd
int write_msg(int fd, char* buff, size_t buffsize)
{
    // 构建message
    Msg message;
    memset(&message, 0, sizeof(message));
    //填充头
    strcpy(message.head, HEAD_DESC);
    //填充数据
    memcpy(&message.data, buff, buffsize);
    //填充校验码
    message.checkcode = msg_checkcode(&message);
    //开始写入
    size_t size;
    if((size = write(fd, &message, sizeof(message))) < 0)
    {
        return -1;
    }
    else if(size != sizeof(message))
    {
        return -1;
    }
    return sizeof(message);
}

服务端代码 echo_tcp_server_process.c

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include "msg.h"

#define SERVER_PORT 8888
#define LISTEN_QUEUE_SISE 10

int socketfd;

void signal_handler(int signo)
{
    if (signo == SIGINT)
    {
        printf("server close by ctrl c
");
        close(socketfd);
        exit(1);
    }
    else if (signo == SIGCHLD)
    {
        //子进程结束 向父进程发送 SIGCHLD 信号
        //父进程区 回收僵尸子进程
        printf("child process dead....
");
        wait(NULL);//阻塞回收一个子进程
    }
    
}

void out_clientinfo(const struct sockaddr_in* outsockaddr)
{
    char ipstr[16];
    memset(ipstr, 0, sizeof(ipstr));
    // 将地址从网络字节序转换为点分十进制
    inet_ntop(AF_INET, &outsockaddr->sin_addr.s_addr, ipstr, sizeof(ipstr));

    printf("Connected by %s(%d)
", ipstr, ntohs(outsockaddr->sin_port));
}

// 和客户端双向通信 收到客户端发来的数据马上返回
void do_something(int fd)
{
    char buff[1024];
    while(1)
    {
        //读取客户端发送过来的内容
        memset(buff, 0, sizeof(buff));
        size_t size = read_msg(fd, buff, sizeof(buff));
        if (size < 0)
        {
            // 协议出错 跳出while 回到main 结束子进程 
            perror("read_msg error");
            break;
        }
        else if (size == 0)
        {
            /* 客户端断开了连接 挂掉了 跳出while 回到main往下走，会结束子进程
             * 结束子进程 向父进程发送SIGCHLD信号
             **/
            break;
        }
        
        printf("recev from client:%s
",buff);

        //将数据写回
        if (write_msg(fd, buff, sizeof(buff)) < 0)
        {
            if(errno == EPIPE)
            {
                /* 客户端断开了连接  
                 * 产生SIGPIPE信号 
                 * 将error设置为EPIPE
                 * 所以可在此判断errno 也可捕捉SIGPIPE信号
                 * 俗称管道爆裂
                 * 跳出while 回到main往下走，会结束子进程，结束子进程 向父进程发送SIGCHLD信号
                 **/
                break;
            }
            

            perror("write_msg error");
        }
    }
}


int main(int argc, char const *argv[])
{
    //Ctrl+C
    if (signal(SIGINT, signal_handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal SIGINT error");
        exit(1);
    }

    //子进程结束 向父进程发送SIGCHLD
    if (signal(SIGCHLD, signal_handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal SIGCHLD error");
        exit(1);
    }

    /* 1 sokect
     * AF_INET ipv4
     * SOCK_STREAM tcp
     **/
    if((socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 2 bind 绑定本地地址和端口
    struct sockaddr_in serveraddr;
    memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;//ipv4
    serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //端口
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//响应任意网卡的请求
    if(bind(socketfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 3 listen 启动监听 通知系统接受来自客户端的连接 准备好连接队列
    if(listen(socketfd, LISTEN_QUEUE_SISE) < 0)
    {
        perror("listen error");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);
    while(1)
    {    
        // 4 accept 从队列拿出第一个
        // clientaddr获取客户端的地址信息，是传出参数
        int clientfd = accept(socketfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddr_len);
        if (clientfd  < 0)
        {
            perror("accept error");
            continue;
        }
        // 5 创建子进程，在子进程中做读写操作 所以注意进程回收
        pid_t pid = fork();
        if(pid < 0)
        {
            //创建进程失败 继续下一次循环
            perror("fork error");
            close(clientfd);
            continue;
        }
        else if(pid == 0)
        {
            //子进程
            /* 父进程中监听的套接字不再使需要 要关闭
             * 子进程退出后 父进程在运行 那么子进程会变成僵尸进程 父进程需要监听SIGCHLD
             * 子进程不再fork 必须break
             **/
            close(socketfd);
            out_clientinfo(&clientaddr);
            do_something(clientfd);
            close(clientfd);
            break;
        }
        else
        {
            //父进程
            close(clientfd);//不使用 关闭
        }
    }
    
    // 6 close
    return 0;
}

客户端代码echo_tcp_client.c

#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include "msg.h"

#define SERVER_PORT 8888
#define SERVER_IP 127.0.0.1

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //step 1 创建socket

    int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketfd < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    //step 2 connect
    struct sockaddr_in serveraddr;
    memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    if(connect(socketfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0 )
    {
        perror("connect error");
        exit(1);
    }

    //step 3 read write
    char buf[512];
    char* promt = ">";
    size_t size;
    while(1)
    {
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        //控制台显示提示符
        write(STDOUT_FILENO, promt, 1);
        //读取控制台输入 read是阻塞函数
        size = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
        if(size < 0) continue;
        buf[size - 1] = '';

        if (write_msg(socketfd, buf, size) < 0)
        {
            //写入错误 则忽略 进行下一次写入
            perror("write_msg error");
            continue;
        }

        //等待服务器返回
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        //read是阻塞函数 如果服务器没有下发消息，会一直阻塞在这里，直到收到消息。
        size = read_msg(socketfd, buf,sizeof(buf));
        if( size > 0)
        {
            printf("recev from server:%s
",buf);
        }
        else if(size == 0)
        {
            //可能服务器关闭socket了
            printf("socket close from server
");
            break;
        }
        else
        {
            perror("read_msg error");
            continue;
        }
    }

    //step 4 close
    close(socketfd);
    return 0;
}