为了从点滴开始，文章会先从一些基础socket去补充一些经常发生但是没有很深入去思考的细节。然后我们再开始去设计reactor的设计，可以选择跳过起过前面部分。
为了能从0开始去设计，测试，优化...整个过程会分为2-3篇文章输出，喜欢的可以点歌关注哦。
socket的API理解
这部分不过多详细的去解释，只是对使用过程中容易忽略的地方进行补充。很基础的部分不是很了解的部分，可以看我的另一篇文章。
//-- 创建(分配)一个管理者sockfd // 参数1：表示创建套接字使用的协议族 -- AF_INET(IPv4地址) AF_INET6(IPv6地址) AF_UNIX(本地通信) // 参数2：表示创建套接字使用的协议类型 -- SOCK_STREAM(字节流套接字) SOCK_DGRAM(数据报套接字) // 参数3: 表示创建套接字使用的协议 -- 0(由操作系统自动选择适当的协议类型) IPPROTO_TCP（TCP） TPPROTO_UDP(UDP) int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
为了更好的理解，我们可以把socket理解为一家门店招聘一个管理者或者一个小饭店的老板。那么现在我们有管理者了，现在需要把这个管理者安排到指定的门店去工作。
-- 选择门店(设置这个门店接待的客人类型) struct sockaddr_in serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); -- 表示可以进门的顾客是 AF_INET(IPv4协议族的) serveraddr.sin_family = AF_INET; // INADDR_ANY(0.0.0.0) 表示可以接待来着任何地方的顾客 // 127.0.0.1/localhost: 只可以让本机访问，其他计算机是无法访问的(只接待内部人员) serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); -- 表示顾客可以从哪个门口进入 serveraddr.sin_port = htons(2048); -- 将管理者安排到指定的门店 bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr));
现在我们已经安排好我们的门店管理者(店长)了，我们还需要一个记录顾客进店的登记表，或者管理进店的秩序方式，防止发生踩踏事件，也为了公平起见，先来的客人，我们先进行服务。在计算机中采用队列的先进先出性质能很好的解决。
// --记录所有进门的顾客信息(连接) // 创建等待队列,将所有经过端口连接的请求放到等待队列 // 如果队列已满,则新的请求就会被拒绝,这个数字并不是一个硬性要求,实际上系统会设定一个合适的值 listen(sockfd, 10);
现在我们已经把管理方案和管理人员都安排好了，我们就可以开业了吗？等等，我们还需要记录顾客的信息呢?我们需要知道顾客从哪里来，这样我们才能更地道的为顾客提供服务。所以我们需要先准备一张表格，登记顾客的信息。
struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t len = sizeof(clientaddr);
到现在为止，我们就完事具备了，等待顾客的光临，然后为每一个顾客专门安排一个一对一个的服务员，我们主打一个服务。
// -- 等待顾客到来,当顾客当来,填充clientaddr表,然后由店长叫一个专门的服务员来为顾客提供服务 // 这个函数是阻塞的,可以设置成非阻塞的方式(使用fcntl将套接字socket设置成非阻塞的即可) int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
接下来就是服务员与顾客之间的对话了。顾客提出需求，服务员进行解答和提供服务。
// 顾客提出要求,服务员通过recv的方式接收到 recv(clientfd, buffer, 128, 0); // 业务处理 --> 针对不同的需求,服务员会做出相应的处理方式 TODO // 给顾客提供反馈,让顾客收获到快乐 send(clientfd, buffer, 128, 0);
顾客总有离开的时候，这个时候我们需要把安排的服务员收回，下次让他为其他顾客提供服务。
close(clientfd);
夜深了，门店需要打样了。我们要把管理者也收回。
close(sockfd);
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现在我们来实操一下(这里我们只进行TCP进行表述):
客户端我们就不写了，使用sockTools进行测试。
提取码：s5wy
我们先思考2个问题:
- 系统中出现大量TIME_WAIT状态的原因?
- 系统中出现大量的CLOSE_WAIT状态的原因?
我们来复现第一种情况:系统中出现大量TIME_WAIT状态的原因?
#include <pthread.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <error.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(-1 == sockfd) { perror("socket():"); return -1; } struct sockaddr_in serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(2048); // 这里补充一个细节:端口1024以前是系统的,如果要用需要使用root权限 if(-1 == bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr))) { perror("bind"); return -1; } listen(sockfd, 10); struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t len = sizeof(clientaddr); int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len); if(-1 == clientfd) { perror("clientfd"); return -1; } // char buffer[128] = {0}; // while(1) // { // int count = recv(clientfd, buffer, 128, 0); // if(count == 0) // { // printf("断开\n"); // close(clientfd); // } // else // { // send(clientfd, buffer, 128, 0); // } // } close(sockfd); return 0; }
我们来看下上面的代码，当我们连接之后，立马就退出了。然后就进入了TIME_WAIT状态，接下来我们怎么分析呢?
在TCP连接中，主动关闭的一方会进入TIME_WAIT状态，这样是不正常的。说明服务器会总是断开连接导致系统中出现大量的TIME_CLOSE状态。导致原因可能是进程异常退出(崩溃)...
我们来复现第二种情况:系统中出现大量的CLOSE_WAIT状态的原因?
#include <pthread.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <error.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(-1 == sockfd) { perror("socket():"); return -1; } struct sockaddr_in serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(2048); // 这里补充一个细节:端口1024以前是系统的,如果要用需要使用root权限 if(-1 == bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr))) { perror("bind"); return -1; } listen(sockfd, 10); struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t len = sizeof(clientaddr); int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len); if(-1 == clientfd) { perror("clientfd"); return -1; } char buffer[128] = {0}; while(1) { int count = recv(clientfd, buffer, 128, 0); if(count == 0) { printf("断开\n"); // close(clientfd); } else { send(clientfd, buffer, 128, 0); } } close(sockfd); return 0; }
在TCP连接中，对端关闭连接后，收到FIN后发送ACK确认收到了要关闭的信息，随后进入CLOSE_WAIT状态，关闭后进入LAST_ACK状态。按这个道理分析，我们很容易得出当服务器未调用close出现在TCP状态中，对端调用close关闭连接后,服务器回送ACK，表明收到了消息后进入半连接状态，当服务器调用close后，退出CLOSE_WAIT状态。其实从字面就能猜出来，关闭等待嘛，合适关闭呢，调用close呗。说明连接没关闭，这样是很危险的，很容易造成描述符没有释放而程序崩溃。
这个话题到这里就结束了，后面遇到一些情况，会进行补充...
多线程/多进程服务器
在上面的代码中我们很容易看出来，这个服务器最大的缺陷是什么?
只能处理一个连接。我们来测试一下:
连接1的情况:
连接2的情况:
我们回到代码:
int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len); if(-1 == clientfd) { perror("clientfd"); return -1; } char buffer[128] = {0}; // 循环 while(1) { int count = recv(clientfd, buffer, 128, 0); if(count == 0) { printf("断开\n"); close(clientfd); } else { send(clientfd, buffer, 128, 0); } } close(sockfd);
我们很容易看出来，我们没有为第二个连接提供专门服务员进行服务。那有什么办法吗?
很容易想到，开线程/开进程，接下来我们就对我们的代码进行改进吧!!!
哈哈，似乎问题得到的合理的解决，那么这样真的满足所有的需求吗?这里我才两个连接呢，如果我们有1w个连接同时在线呢? 很读朋友很快想到，那用线程池呗，其实不然。用线程池不是解决这个问题的核心，如果连接池的连接数拿到设置成1w吗?那如果有1w+1的连接呢，还不是要去创建往线程池中添加一个线程。
这里插一个故事:apache的C10K问题。C10K问题是只支持一万个并发连接问题，在Apache中，每一个客户端请求的会分配一个独立的线程或者进程来处理。当并发请求增加时，系统将消耗更多的线程或者进程资源，这将导致内存和CPU资源的过度使用，从而影响服务器的性能。
如何解决呢？怎么办呢?害，好像这个问题无解了。
我们需要寻找在一种在一个线程中对应多个连接的方法 --> IO多路复用出现了
IO多路复用
在Linux中，IO多路复用主要包括了select/poll/epoll技术。接下来我们将对这个几个技术做一个的中的疑问提出一些看法，很基础的部分请跳到开头的提供的文章中。
select
- 为什么说select会受到1024的限制呢？
- select的性能权限是什么呢?
- select的使用上的缺点在哪呢?
我们先来使用和测试下select，验证下它是否能在一个线程中处理多个连接的问题。(传参的说明在代码中有注释，这里就不过多的重复了)
#include <pthread.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <error.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/select.h> int main() { int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(2048); if(-1 == bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr))) { perror("bind()"); return -1; } listen(sockfd, 10); struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t len = sizeof(clientaddr); // 定义监视IO集合 fd_set rfds,rset; // 初始化时全部置为0 FD_ZERO(&rfds); // 将需要监视的IO置1 FD_SET(sockfd, &rfds); // 因为select内部的循环是 for(int i = 0; i < __nfds; ++i) // 为了减少循环,我们提前记录下来 int maxFd = sockfd; int fds[1024] = {0}; fds[maxFd] = 1; while(1) { rset = rfds; // 这里的+1很重要哦 // 参数1: 表示需要监视的文件描述符数量+1 // 参数2：表示需要监视的读事件集合 // 参数3: 表示需要监视的写事件集合 // 参数4：表示需要坚实的错误事件集合 // 参数5: 超时时间,NULL表示阻塞方式 // 返回: 就绪描述符个数 int ready = select(maxFd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL); // 对连接事件的处理 if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) { struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t len = sizeof(clientaddr); int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len); // 将新的需要监视的IO加入到集合中 FD_SET(clientfd, &rfds); maxFd = clientfd; if(clientfd > maxFd) { maxFd = clientfd; } fds[clientfd] = 1; } for(int i = sockfd + 1; i <= maxFd; ++i) { if(FD_ISSET(i, &rset)) { char buffer[128] = {0}; int count = recv(i, buffer, 128, 0); if(count == 0) { printf("断开 %d\n", i); fds[i] = 0; FD_CLR(i, &rfds); close(i); // 如果当前最大的被关闭了,则需要更新(减小无用循环) if(i == maxFd) { for(int k = maxFd; k > sockfd + 1; --k) { if(fds[i] == 1) { maxFd = k; } } } continue; } send(i, buffer, count, 0); } } } close(sockfd); return 0; }
