Linux网络编程——tcp并发服务器（I/O复用之select）

与多线程、多进程相比，I/O复用最大的优势是系统开销小，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程。

代码示例：

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#include <stdio.h>   

#include <unistd.h>  

#include <stdlib.h>  

#include <errno.h>  

#include <string.h>  

#include <sys/socket.h>  

#include <sys/types.h>  

#include <netinet/in.h>  

#include <arpa/inet.h>  

#include <sys/select.h>  

 

#define SERV_PORT 8080  

#define LIST 20                //服务器最大接受连接  

#define MAX_FD 10              //FD_SET支持描述符数量  

  

  

int main(int argc, char *argv[])  

{  

    int sockfd;  

    int err;  

    int i;  

    int connfd;  

    int fd_all[MAX_FD]; //保存所有描述符，用于select调用后，判断哪个可读  

      

    //下面两个备份原因是select调用后，会发生变化，再次调用select前，需要重新赋值  

    fd_set fd_read;    //FD_SET数据备份  

    fd_set fd_select;  //用于select  

  

    struct timeval timeout;         //超时时间备份  

    struct timeval timeout_select;  //用于select  

      

    struct sockaddr_in serv_addr;   //服务器地址  

    struct sockaddr_in cli_addr;    //客户端地址  

    socklen_t serv_len;  

    socklen_t cli_len;  

      

    //超时时间设置  

    timeout.tv_sec = 10;  

    timeout.tv_usec = 0;  

      

    //创建TCP套接字  

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  

    if(sockfd < 0)  

    {  

        perror("fail to socket");  

        exit(1);  

    }  

      

    // 配置本地地址  

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  

    serv_addr.sin_family = AF_INET;         // ipv4  

    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);  // 端口， 8080  

    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // ip  

  

    serv_len = sizeof(serv_addr);  

      

    // 绑定  

    err = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_len);  

    if(err < 0)  

    {  

        perror("fail to bind");  

        exit(1);  

    }  

  

    // 监听  

    err = listen(sockfd, LIST);  

    if(err < 0)  

    {  

        perror("fail to listen");  

        exit(1);  

    }  

      

    //初始化fd_all数组  

    memset(fd_all, -1, sizeof(fd_all));  

  

    fd_all[0] = sockfd;   //第一个为监听套接字  

      

    FD_ZERO(&fd_read);  // 清空  

    FD_SET(sockfd, &fd_read);  //将监听套接字加入fd_read  

  

    int maxfd = fd_all[0];  //监听的最大套接字  

      

    while(1){  

      

        // 每次都需要重新赋值，fd_select，timeout_select每次都会变  

        fd_select = fd_read;  

        timeout_select = timeout;  

          

        // 检测监听套接字是否可读，没有可读，此函数会阻塞  

        // 只要有客户连接，或断开连接，select()都会往下执行  

        err = select(maxfd+1, &fd_select, NULL, NULL, NULL);  

        //err = select(maxfd+1, &fd_select, NULL, NULL, (struct timeval *)&timeout_select);  

        if(err < 0)  

        {  

                perror("fail to select");  

                exit(1);  

        }  

  

        if(err == 0){  

            printf("timeout\n");  

        }  

          

        // 检测监听套接字是否可读  

        if( FD_ISSET(sockfd, &fd_select) ){//可读，证明有新客户端连接服务器  

              

            cli_len = sizeof(cli_addr);  

              

            // 取出已经完成的连接  

            connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &cli_len);  

            if(connfd < 0)  

            {  

                perror("fail to accept");  

                exit(1);  

            }  

              

            // 打印客户端的 ip 和端口  

            char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0};  

            inet_ntop(AF_INET, &cli_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);  

            printf("----------------------------------------------\n");  

            printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(cli_addr.sin_port));  

              

            // 将新连接套接字加入 fd_all 及 fd_read  

            for(i=0; i < MAX_FD; i++){  

                if(fd_all[i] != -1){  

                    continue;  

                }else{  

                    fd_all[i] = connfd;  

                    printf("client fd_all[%d] join\n", i);  

                    break;  

                }  

            }  

              

            FD_SET(connfd, &fd_read);  

              

            if(maxfd < connfd)  

            {  

                maxfd = connfd;  //更新maxfd  

            }  

          

        }  

          

        //从1开始查看连接套接字是否可读，因为上面已经处理过0（sockfd）  

        for(i=1; i < maxfd; i++){  

            if(FD_ISSET(fd_all[i], &fd_select)){  

                printf("fd_all[%d] is ok\n", i);  

                  

                char buf[1024]={0};  //读写缓冲区  

                int num = read(fd_all[i], buf, 1024);  

                if(num > 0){  

  

                    //收到 客户端数据并打印  

                    printf("receive buf from client fd_all[%d] is: %s\n", i, buf);  

                      

                    //回复客户端  

                    num = write(fd_all[i], buf, num);  

                    if(num < 0){  

                        perror("fail to write ");  

                        exit(1);  

                    }else{  

                        //printf("send reply\n");  

                    }  

                      

                }  

                else if(0 == num){ // 客户端断开时  

                      

                    //客户端退出，关闭套接字，并从监听集合清除  

                    printf("client:fd_all[%d] exit\n", i);  

                    FD_CLR(fd_all[i], &fd_read);  

                    close(fd_all[i]);  

                    fd_all[i] = -1;  

                      

                    continue;  

                }  

                  

            }else {  

                //printf("no data\n");                    

            }  

        }  

    }  

      

    return 0;  

}  

运行结果：



一般来说，一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。

    SO_REUSEADDR用于对TCP套接字处于TIME_WAIT状态下的socket，才可以重复绑定使用。server程序总是应该在调用bind()之前设置SO_REUSEADDR套接字选项。TCP，先调用close()的一方会进入TIME_WAIT状态

2、SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT

SO_REUSEADDR提供如下四个功能：

    SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将此端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错。

    SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。

    SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。

    SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套接口而言（TCP不支持多播）。

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