Linux下tcp并发服务器的几种设计的模式套路

原文作者：licaduo

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阅读时长：10分钟

技术预备：熟悉Linux常规操作

在做网络服务的时候tcp并发服务端程序的编写必不可少。tcp并发通常有几种固定的设计模式套路，他们各有优点，也各有应用之处。下面就简单的讨论下这几种模式的差异：

一、单进程，单线程模式

在accept之后，就开始在这一个连接连接上的数据收接收，收到之后处理，发送，不再接收新的连接，除非这个连接的处理结束。

优点：

• 简单。

缺点：

• 因为只为一个客户端服务，所以不存在并发的可能。应用：用在只为一个客户端服务的时候。

二、多进程模式

accept返回成功时候，就为这一个连接fork一个进程，专门处理这个连接上的数据收发，等这个连接处理结束之后就结束这个进程。

优点：

• 编程相对简单，不用考虑线程间的数据同步等。

缺点：

• 资源消耗大。

• 启动一个进程消耗相对比启动一个线程要消耗大很多，同时在处理很多的连接时候需要启动很多的进程多去处理，这时候对系统来说压力就会比较大。另外系统的进程数限制也需要考虑。

应用：

• 在客户端数据不多的时候使用很方便，比如小于10个客户端。

三、多线程模式

类似多进程方式，但是针对一个连接启动一个线程。

优点：

• 相对多进程方式，会节约一些资源，会更加高效一些。

缺点：

• 相对多进程方式，增加了编程的复杂度，因为需要考虑数据同步和锁保护。另外一个进程中不能启动太多的线程。

• 在Linux系统下线程在系统内部其实就是进程，线程调度按照进程调度的方式去执行的。

应用：

• 类似于多进程方式，适用于少量的客户端的时候。

四、select + 多线程 模式

有一个线程专门用于监听端口，accept返回之后就把这个描述符放入描述符集合fd中，一个线程用select去轮训描述符集合，在有数据的连接上接收数据，另外一个线程专门发送数据。

当然也可以接收和发送用一个线程。描述符可以设置成非阻塞模式，也可以设置成阻塞模式。通常连接设置成非阻塞模式，发送线程独立出来。

优点：

• 相对前几种模式，这种模式大大提高了并发量。

缺点：

• 系统一般实现描述符集合是采用一个大数组，每次调用select的时候都会轮询这个描述符数组，当连接数很多的时候就会导致效率下降。

• 连接数在1000以上时候效率会下降到不能接受。

应用：

• 目前windows 和一般的Unix上的tcp并发都采用select方式，应该说应用还是很广泛的。

五、epoll方式

在Linux2.6版本之后，增加了epoll。

具体的使用是：一个线程专门进行端口监听，accept接收到连接的时候，把该连接设置成非阻塞模式，把epoll事件设置成边缘触发方式，加入到epoll管理。接收线程阻塞在epoll的等待事件函数。另外一个线程专门用于数据发送。

优点：

• 由于epoll的实现方式先进，所以这种方式可以大规模的实现并发。我们现在的应用在一个3年前的dell的pc server可以实现2万个连接的并发，性能也是很好的。

缺点：

• 由于涉及了线程和非阻塞，所以会导致编码的复杂度增大一些。这种方式只适用于Linux 2.6内核以后。

注意：

• 如果把epoll事件设置成水平触发效率就下降到类似采用select的水平。

• Unix系统下有单个进程打开的描述符数目限制，还有系统内打开的描述符数目限制。系统内打开的描述符数目限制由软硬限制两个。硬限制是根据机器的配置而不同。

• 软限制可以更改，但是必须小于系统的硬限制。在suse Linux下，可以在root用户下，通过ulimit -n 数目 去修改这个限制。

应用：

• Linux下大规模的tcp并发。

• 当前并发还有其他的方式，比如进程池，线程池等，每种模式都有它的优点和缺点，在适当的情况用合适的模式是最重要的。

• 如果需要很大规模的并发，经过测试，个人建议采用epoll方式，放弃通常的select方式。

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