linux网络编程之socket（四）：使用fork并发处理多个client的请求和对等通信p2p

一、在前面讲过的回射客户/服务器程序中，服务器只能处理一个客户端的请求，如何同时服务多个客户端呢？在未讲到select/poll/epoll等高级IO之前，比较老土的办法是使用fork来实现。网络服务器通常用fork来同时服务多个客户端，父进程专门负责监听端口，每次accept一个新的客户端连接就fork出一个子进程专门服务这个客户端。但是子进程退出时会产生僵尸进程，父进程要注意处理SIGCHLD信号和调用wait清理僵尸进程，最简单的办法就是直接忽略SIGCHLD信号。

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

/*************************************************************************     > File Name: echoser.c     > Author: Simba     > Mail: [email protected]     > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST  ************************************************************************/ #include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<arpa/inet.h> #include<netinet/in.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \      do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     }  while ( 0) void do_service( int); int main( void) {     signal(SIGCHLD, SIG_IGN);      int listenfd;  //被动套接字(文件描述符），即只可以accept, 监听套接字      if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) <  0)          //  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)         ERR_EXIT( "socket error");      struct sockaddr_in servaddr;     memset(&servaddr,  0,  sizeof(servaddr));     servaddr.sin_family = AF_INET;     servaddr.sin_port = htons( 5188);     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      /* servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); */      /* inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); */      int on =  1;      if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on,  sizeof(on)) <  0)         ERR_EXIT( "setsockopt error");      if (bind(listenfd, ( struct sockaddr *)&servaddr,  sizeof(servaddr)) <  0)         ERR_EXIT( "bind error");      if (listen(listenfd, SOMAXCONN) <  0)  //listen应在socket和bind之后，而在accept之前         ERR_EXIT( "listen error");      struct sockaddr_in peeraddr;  //传出参数     socklen_t peerlen =  sizeof(peeraddr);  //传入传出参数，必须有初始值      int conn;  // 已连接套接字(变为主动套接字，即可以主动connect)     pid_t pid;      while ( 1)     {          if ((conn = accept(listenfd, ( struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen)) <  0)  //3次握手完成的序列             ERR_EXIT( "accept error");         printf( "recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),                ntohs(peeraddr.sin_port));         pid = fork();          if (pid == - 1)             ERR_EXIT( "fork error");          if (pid ==  0)         {              // 子进程             close(listenfd);             do_service(conn);             exit(EXIT_SUCCESS);         }          else             close(conn);  //父进程     }      return  0; } void do_service( int conn) {      char recvbuf[ 1024];      while ( 1)     {         memset(recvbuf,  0,  sizeof(recvbuf));          int ret = read(conn, recvbuf,  sizeof(recvbuf));          if (ret ==  0)    //客户端关闭了         {             printf( "client close\n");              break;         }          else  if (ret == - 1)             ERR_EXIT( "read error");         fputs(recvbuf, stdout);         write(conn, recvbuf, ret);     } }

上述程序利用了一点，就是父子进程共享打开的文件描述符，因为在子进程已经用不到监听描述符，故将其关闭，而连接描述符对父进程也没价值，将其关闭。当某个客户端关闭，则read 返回0，退出循环，子进程顺便exit，但如果没有设置对SIGCHLD信号的忽略，则因为父进程还没退出，故子进程会变成僵尸进程。

现在先运行server，再打开另外两个终端，运行client（直接用回射客户/服务器程序中的客户端程序），可以看到server输出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./echoser_fork 
recv connect ip=127.0.0.1 port=46452
recv connect ip=127.0.0.1 port=46453

在另一个终端ps一下：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser
simba     3300  0.0  0.0   2008   280 pts/0    S+   22:10   0:00 ./echoser_fork
simba     3303  0.0  0.0   2008    60 pts/0    S+   22:10   0:00 ./echoser_fork
simba     3305  0.0  0.0   2008    60 pts/0    S+   22:10   0:00 ./echoser_fork
simba     3313  0.0  0.0   4392   836 pts/3    S+   22:12   0:00 grep --color=auto echoser
simba@ubuntu:~$ 

发现共有3个进程，其中一个是父进程处于监听中，另外两个是子进程处于对客户端服务中，现在ctrl+c 掉其中一个client，由上面的分析可知对应服务的子进程也会退出，而因为我们设置了父进程对SIGCHLD信号进行忽略，故不会产生僵尸进程，输出如下：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser
simba     3300  0.0  0.0   2008   280 pts/0    S+   22:10   0:00 ./echoser_fork
simba     3305  0.0  0.0   2008    60 pts/0    S+   22:10   0:00 ./echoser_fork
simba     3321  0.0  0.0   4392   836 pts/3    S+   22:13   0:00 grep --color=auto echoser

如果把29行代码注释掉，上述的情景输出可能为：

simba@ubuntu:~$ ps aux | grep echoser
simba     3125  0.0  0.0   2004   280 pts/0    S+   21:38   0:00 ./echoser_fork
simba     3128  0.0  0.0      0     0 pts/0    Z+   21:38   0:00 [echoser_fork] <defunct>
simba     3130  0.0  0.0   2004    60 pts/0    S+   21:38   0:00 ./echoser_fork
simba     3141  0.0  0.0   4392   832 pts/3    S+   21:40   0:00 grep --color=auto echoser

即子进程退出后变成了僵尸进程。

如果不想忽略SIGCHLD信号，则必须在信号处理函数中调用wait处理，但这里需要注意的是wait只能等待第一个退出的子进程，所以这里需要使用

waitpid。若当前只有一个子进程退出，则waitpid一次之后因为其他子进程状态尚未改变，故返回0退出循环；若几个连接同时断开，信号因为不能排队

而只接收到一个SIGCHLD信号，waitpid多次之后已经不存在子进程了，返回-1退出循环。如下所示：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

signal(SIGCHLD, handler); ..................... void handler( int sig) {      /*  wait(NULL); //只能等待第一个退出的子进程 */        while (waitpid(- 1,  NULL, WNOHANG) >  0)         ; }

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

二、在最基本的回射客户/服务器程序中，服务器只能被动接收客户端的信息，而不能主动发送信息给客户端，如果我们想实现对等通信，即P2P，可以

在服务器程序用使用两个进程，一个进程接收用户的输入并发送给客户端，另一个进程被动接收客户端的消息并打印出来，此进程当read 返回0 时得知

客户端已经关闭需要退出进程，此时尚有另一个进程未退出，可以通过在退出前发送消息给它，在消息处理函数中退出。当然客户端也必须使用双进

程，原理与服务器程序相同。

下面贴出服务器端程序：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

/*************************************************************************     > File Name: echoser.c     > Author: Simba     > Mail: [email protected]     > Created Time: Fri 01 Mar 2013 06:15:27 PM CST  ************************************************************************/ #include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<arpa/inet.h> #include<netinet/in.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \      do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     }  while ( 0) void handler( int sig) {     printf( "recv a sig=%d\n", sig);     exit(EXIT_SUCCESS); } int main( void) {      int listenfd;  //被动套接字(文件描述符），即只可以accept      if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) <  0)          //  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)         ERR_EXIT( "socket error");      struct sockaddr_in servaddr;     memset(&servaddr,  0,  sizeof(servaddr));     servaddr.sin_family = AF_INET;     servaddr.sin_port = htons( 5188);     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      /* servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); */      /* inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); */      int on =  1;      if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on,  sizeof(on)) <  0)         ERR_EXIT( "setsockopt error");      if (bind(listenfd, ( struct sockaddr *)&servaddr,  sizeof(servaddr)) <  0)         ERR_EXIT( "bind error");      if (listen(listenfd, SOMAXCONN) <  0)  //listen应在socket和bind之后，而在accept之前         ERR_EXIT( "listen error");      struct sockaddr_in peeraddr;  //传出参数     socklen_t peerlen =  sizeof(peeraddr);  //传入传出参数，必须有初始值      int conn;  // 已连接套接字(变为主动套接字，即可以主动connect)      if ((conn = accept(listenfd, ( struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen)) <  0)         ERR_EXIT( "accept error");     printf( "recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),            ntohs(peeraddr.sin_port));     pid_t pid;     pid = fork();      if (pid == - 1)         ERR_EXIT( "fork error");      if (pid ==  0)     {         signal(SIGUSR1, handler);          char sendbuf[ 1024] = { 0};          while (fgets(sendbuf,  sizeof(sendbuf), stdin) !=  NULL)         {             write(conn, sendbuf, strlen(sendbuf));             memset(sendbuf,  0,  sizeof(sendbuf));         }         exit(EXIT_SUCCESS);     }      else     {          char recvbuf[ 1024];          while ( 1)         {             memset(recvbuf,  0,  sizeof(recvbuf));              int ret = read(conn, recvbuf,  sizeof(recvbuf));              if (ret == - 1)                 ERR_EXIT( "read error");              else  if (ret ==  0)             {                 printf( "peer close\n");                  break;             }             fputs(recvbuf, stdout);         }         kill(pid, SIGUSR1);  //父进程退出时发送信号给子进程         exit(EXIT_SUCCESS);     } }

客户端程序与服务器端程序的改变差不多，就不贴了，这里是使用父子进程来完成对等通信，即双方都可以发送信息给对方，也可以接收对方的信息，

上面使用了kill 函数来发现自定义信号，如果子进程发送信号给父进程，可以使用getppid 函数得到父进程的id。输出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./p2pser
recv connect ip=127.0.0.1 port=56404
fsafd           //<< server 输入
fds


^C

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./p2pcli
fsafd
fds            //<< client 输入


peer close
recv a sig=10

注意，ctrl+c 会将前台进程组中的两个进程都终止掉，即父子进程都打开了conn，只有两个进程都close(conn)，将file 的引用计数减为0，才会真正关

闭sockfs 文件，这样client 其中一个进程才能read 返回0打印peer close，并发信号给另一个进程，在信号处理函数中退出。