(原)Socket API 编程模型

(原)Socket API 编程模型

孔令春 posted @ 2009年10月15日 00:14 in  网络安全 with tags  Socket API 编程模型 , 1946 阅读

      在网络程序里面，一般的来说都是许多客户机对应一个服务器。为了处理客户机的请求，对服务端的程序就提出了特殊的要求。我们学习一下目前最常用的服务器模型：

      循环服务器：循环服务器在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求 。

      并发服务器：并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求 。


1、 循环服务器:UDP服务器  
     UDP循环服务器的实现非常简单：UDP服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求，处理， 然后将结果返回给客户机。

可以用下面的算法来实现：

  

socket(...);
bind(...);
while (1)
 {
      recvfrom(...);
      process(...);
      sendto(...);
}

    因为UDP是非面向连接的，没有一个客户端可以老是占住服务端。只要处理过程不是死循环， 服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。 

 
2、 循环服务器：TCP服务器  
     TCP循环服务器的实现也不难：TCP服务器接受一个客户端的连接，然后处理，完成了这个客户的所有请求后，断开连接。  

算法如下：

socket(...);
bind(...);
listen(...);
while (1)
{
        accept(...);
        while (1)
        {
                read(...);
                process(...);
                write(...);
        }
        close(...);
}

      TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求。只有在这个客户的所有请求都满足后， 服务器才可以继续后面的请求。这样如果有一个客户端占住服务器不放时，其它的客户机都不能工作了。因此，TCP服务器一般很少用循环服务器模型的。 

3、 并发服务器：TCP服务器  
      为了弥补循环TCP服务器的缺陷，人们又想出了并发服务器的模型。 并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理，而是服务器创建一个 子进程来处理。 

算法如下: 

socket(...);
  bind(...);
  listen(...);
  while (1)
  {
        accept(...);
        if (fork(..)==0)
          {
              while (1)
               {
                read(...);
                process(...);
                write(...);
               }
           close(...);
           exit (...);
          }
        close(...);
  }

      TCP并发服务器可以解决TCP循环服务器客户机独占服务器的情况， 不过也同时带来了一个不小的问题。为了响应客户机的请求，服务器要创建子进程来处理，而创建子进程是一种非常消耗资源的操作。  

4、 并发服务器：多路复用I/O  
      为了解决创建子进程带来的系统资源消耗，人们又想出了多路复用I/O模型。

初始话(socket,bind,listen);

    while (1)
        {
        设置监听读写文件描述符(FD_*);

        调用select;

        如果是倾听套接字就绪,说明一个新的连接请求建立
             {
                建立连接(accept);
                加入到监听文件描述符中去;
             }
       否则说明是一个已经连接过的描述符
                {
                    进行操作(read或者write);
                 }

        }

      多路复用I/O可以解决资源限制的问题.着模型实际上是将UDP循环模型用在了TCP上面. 这也就带来了一些问题.如由于服务器依次处理客户的请求,所以可能会导致有的客户 会等待很久.  

5 并发服务器:UDP服务器  
      人们把并发的概念用于UDP就得到了并发UDP服务器模型. 并发UDP服务器模型其实是简单的.和并发的TCP服务器模型一样是创建一个子进程来处理的 算法和并发的TCP模型一样.  

除非服务器在处理客户端的请求所用的时间比较长以外,人们实际上很少用这种模型. 

 

6、一个简单的TCP循环服务器实例：时间获取程序

服务器端接收客户端的连接，并将欢迎信息和当时时间发送至客户端。代码如下：

/**
  * timeTcpServ.c
  * 简单的时间获取服务器
  */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

#define SERVER_PORT 3333   //服务器端口号
#define LEN_OF_LISTEN_QUEUE 10 //最大监听队列数
#define WELCOME_MESSAGE "welcome to commect the server.\n" //欢迎信息

int main( int argc, char *argv[])
{
    int servfd, clifd;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

    //创建socket
    if ( (servfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0 )
    {
        printf ( "Create socket error!\n" );
        exit (1);
    }

    //设置服务器地址结构
    bzero(&servaddr, sizeof (servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

    //绑定服务器地址
    if ( bind(servfd, ( struct sockaddr*)&servaddr, sizeof (servaddr)) < 0 )
    {
        printf ( "Bind to port %d failure!\n" ,
                        SERVER_PORT);
        exit (1);
    }

    //开始监听
    if ( listen(servfd, LEN_OF_LISTEN_QUEUE) < 0 )
    {
        printf ( "Call listen failure!\n" );
        exit (1);
    }

    printf ( "Wait for connect...\n" );

    while (1)
    {
        char buf[BUFSIZ];
        socklen_t clilen = sizeof (cliaddr);

        //接受连接
        if ( (clifd = accept(servfd, ( struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen)) < 0 )
        {
            printf ( "Call accept failure!\n" );
            exit (1);
        }

        //打印客户端ip及端口号
        printf ( "connect form %s:%d\n" , inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));

        //整合要发送的信息
        strcpy (buf,WELCOME_MESSAGE);
        strcat (buf, "\nCurrent time is:" );
        long currtime = time (NULL);
        strcat (buf, ctime (&currtime));

        //发送信息
        send(clifd, buf, BUFSIZ,0);
        close(clifd);
    }

    close(servfd);
    return 0;
}

 

客户端程序连接上服务器端之后，接收服务器端信息并将之打印到屏幕上，代码如下：

/**
  *时间获取客户端程序
  */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h>

#define SERVER_PORT 3333  //服务器端口号

int main( int argc, char *argv[])
{
    int servfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    struct hostent  *hp;
    char buf[BUFSIZ];

    if ( argc != 2 )
    {
        printf ( "Please input %s <hostname>\n" , argv[0]);
        exit (1);
    }

    //创建socket
    if ( (servfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0)) < 0 )
    {
        printf ( "Create socket error!\n" );
        exit (1);
    }

    //设置服务器地址结构
    bzero(&servaddr, sizeof (servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    if ( (hp = gethostbyname(argv[1])) != NULL )
    {
        bcopy(hp->h_addr, ( struct sockaddr*)&servaddr.sin_addr, hp->h_length);
    }
    else if (inet_aton(argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0 )
    {
        printf ( "Input Server IP error!\n" );
        exit (1);
    }
    servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    //连接服务器
    if ( connect(servfd,( struct sockaddr*)&servaddr, sizeof (servaddr)) < 0 )
    {
        printf ( "Connect server failure!\n" );
        exit (1);
    }

    //接收并打印信息
    recv(servfd,buf,BUFSIZ,0);
    printf ( "\n%s\n" ,buf);

    close(servfd);
    return 0;
}

 

参考网址：http://fanqiang.chinaunix.net/program/netpro/2001-05-08/1968.shtml