UNIX网络编程——并发服务器（I/O复用）

0、回顾

       在http://blog.csdn.net/songshimvp1/article/details/51833781 这篇文章中，我们先看TCP客户端程序    

    //处理客户输入，从标注输入读入一行文本，写到服务器上，读回服务器对该行的回射，并把回射数据写到标准输出上    
    void  str_cli(FILE *fp, int sockfd)    
    {    
        char    sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];    

        while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {    //读入    

            Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));      //发给服务器    

            if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)    //读回反射数据    
                err_quit("str_cli: server terminated prematurely");    

            Fputs(recvline, stdout);   //写到标准输出    
        }    
    }    

       我们先启动服务器、客户，以验证正常。接着我们关掉服务器，这导致向客户发送一个FIN，TCP客户响应一个ACK，完成了TCP终止序列的前半部分。但是客户上并没有发生任何特殊之事，也就是说客户阻塞在fgets调用上，仍等待从终端接收一行文本。

       服务器发送FIN只是表示服务器进程关闭了服务端，不再往该连接上发送任何数据。但是TCP客户FIN的接收并没有告知客户该TCP服务器进程已经终止。所以客户继续输入文本，str_cli调用write，把数据发送给服务器。

       服务器收到客户的数据，因为先前打开的套接字进程已经关闭，所以响应一个RST。

       但是此时客户看不到这个RST，因为客户在调用write后立即调用了read，又因为上面客户收到了FIN，所以readline返回0，所以打印出错信息。

       问题发生在：客户应对两个描述符——TCP套接字和标准用户输入。但是客户不应该阻塞在这两个源中的某个特定源的输入上（例子中客户阻塞于用户输入）。也就是说，当套接字上发生某些事件，而客户正阻塞于fgets调用时，客户得不到服务器终止的通知——比如上面的情况：当客户正阻塞于标准输入上的fgets调用时，服务器被杀死。服务器TCP虽然正确的发送了FIN，但是客户正阻塞于从标准输入读入的过程，当然也就接收不到这个EOF。

        I/O复用是用来解决：内核一旦发现进程指定的一个或多个I/O接续，就通知进程。I/O复用一般是由select和poll这两个函数支持。I/O复用并非只限于网络编程。

        在这篇文章http://blog.csdn.net/songshimvp1/article/details/51819765中，介绍了多进程并发服务器（为每一个客户fork一个子进程）。接下来我们介绍I/O复用型并发服务器（使用select来处理任意个客户（单进程））。

1、图解使用select编写I/O复用型并发服务器：

      A. 第一个客户连接前服务器的状态：（服务器有单个监听描述符）

       B. client的整型数组：含有每个客户的已连接套接字的描述符，所有元素初始化为-1——表示所在项未用。

           rset描述符集：假设服务器是在前台启动，则描述符0、1、2分别被置为标准输入、标准输出、标准错误输出。所以监听套接字的第一个可用描述符是3。所以的所以，select的第一个参数将是4。

       C. 第一个客户连接，监听描述符变为可读，服务器调用accept。并且服务器必须在client数组中记住每个新的已连接描述符，并把其加到描述符集中。（在上面的假设中，此时accept返回的新的已连接描述符将是4）

       D. 第二个客户连接，在client数组中记住新的已连接描述符，并把其加到描述符集中。

        E. 第一个客户终止连接，发送FIN，使得服务器中的描述符4变为可读。当服务器读这个已连接套接字时，read返回0。我们关闭套接字并更新数据结构：client[0]变为-1，描述符集中描述符为4的位置为0。

        总之：当有客户到达时，我们在client数组中的第一个可用项（即值为-1的第一个项）中记录其已连接套接字的描述符。还必须把这个已连接套接字的描述符加到描述符集中。

2、并发服务器（I/O复用）具体实现代码：

#include	"unp.h"

int
main(int argc, char **argv)
{
        //maxi是client数组当前使用项的最大下标；maxfd是select函数第一个参数的当前值
	int					i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;  
	int					nready, client[FD_SETSIZE];
	ssize_t				n;
	fd_set				rset, allset;
	char				buf[MAXLINE];
	socklen_t			clilen;
	struct sockaddr_in	cliaddr, servaddr;

	listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family      = AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT);

	Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

	Listen(listenfd, LISTENQ);

	maxfd = listenfd;			/* initialize */
	maxi = -1;				/* index into client[] array */
	for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
		client[i] = -1;			/* -1 indicates available entry */
	FD_ZERO(&allset);
	FD_SET(listenfd, &allset);

	for ( ; ; ) {
		rset = allset;		/* structure assignment */
		nready = Select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);     //select等待某个事件发生：或是新客户的连接建立，或是数据、FIN或RST到达

		if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {	/* new client connection */   //监听套接字可读，已建立一个新的连接
			clilen = sizeof(cliaddr);
			connfd = Accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen);
#ifdef	NOTDEF
			printf("new client: %s, port %d\n",
					Inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, 4, NULL),
					ntohs(cliaddr.sin_port));
#endif

			for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
				if (client[i] < 0) {
					client[i] = connfd;	/* save descriptor */
					break;
				}
			if (i == FD_SETSIZE)
				err_quit("too many clients");

			FD_SET(connfd, &allset);	/* add new descriptor to set */
			if (connfd > maxfd)
				maxfd = connfd;		/* for select */
			if (i > maxi)
				maxi = i;	/* max index in client[] array */

			if (--nready <= 0)
				continue;	/* no more readable descriptors */
		}

		// 对每个现有的客户连接，测试其描述符是否在select返回的描述符集中。
                // 如果在，就从该客户读回一行文本并回射给它；
                // 如果不在，客户关闭了连接，read返回0，相应地更新数据结构
		for (i = 0; i <= maxi; i++) {	/* check all clients for data */ 
			if ( (sockfd = client[i]) < 0)
				continue;
			if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
				if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
					/*4connection closed by client */
					Close(sockfd);
					FD_CLR(sockfd, &allset);
					client[i] = -1;
				} else
					Writen(sockfd, buf, n);

				if (--nready <= 0)
					break;	  /* no more readable descriptors */
			}
		}
	}
}

上述程序避免了为每个客户创建一个新进程的开销！