Linux多进程的应用
前面的章节介绍socket通信的时候,socket的服务端在同一时间只能和一个客户端通信,并不是服务端有多忙,而是因为单进程的程序在同一时间只能做一件事情,不可能一边等待客户端的新连接一边与其它的客户端进行通信。
一、并发的服务端
如果把socket服务端改为多进程,在每次accept到一个客户端的连接后,生成一个子进程,让子进程负责和这个客户端通信,父进程继续accept客户端的连接,socket的服务端在监听新客户端的同时,还可以与多个客户端进行通信。这就是并发,如下图:
1、服务端
把book248.cpp修改一下,改为多进程。
示例(book250.cpp)
/* * 程序名:book250.cpp,此程序用于演示多进程的socket通信服务端。 * 作者:C语言技术网(www.freecplus.net) 日期:20190525 */ #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> class CTcpServer { public: int m_listenfd; // 服务端用于监听的socket int m_clientfd; // 客户端连上来的socket CTcpServer(); bool InitServer(int port); // 初始化服务端 bool Accept(); // 等待客户端的连接 // 向对端发送报文 int Send(const void *buf,const int buflen); // 接收对端的报文 int Recv(void *buf,const int buflen); void CloseClient(); // 关闭客户端的socket void CloseListen(); // 关闭用于监听的socket ~CTcpServer(); }; CTcpServer TcpServer; int main() { // signal(SIGCHLD,SIG_IGN); // 忽略子进程退出的信号,避免产生僵尸进程 if (TcpServer.InitServer(5051)==false) { printf("服务端初始化失败,程序退出。\n"); return -1; } while (1) { if (TcpServer.Accept() == false) continue; if (fork()>0) { TcpServer.CloseClient(); continue; } // 父进程回到while,继续Accept。 // 子进程负责与客户端进行通信,直到客户端断开连接。 TcpServer.CloseListen(); printf("客户端已连接。\n"); // 与客户端通信,接收客户端发过来的报文后,回复ok。 char strbuffer[1024]; while (1) { memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer)); if (TcpServer.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break; printf("接收:%s\n",strbuffer); strcpy(strbuffer,"ok"); if (TcpServer.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break; printf("发送:%s\n",strbuffer); } printf("客户端已断开连接。\n"); return 0; // 或者exit(0),子进程退出。 } } CTcpServer::CTcpServer() { // 构造函数初始化socket m_listenfd=m_clientfd=0; } CTcpServer::~CTcpServer() { if (m_listenfd!=0) close(m_listenfd); // 析构函数关闭socket if (m_clientfd!=0) close(m_clientfd); // 析构函数关闭socket } // 初始化服务端的socket,port为通信端口 bool CTcpServer::InitServer(int port) { if (m_listenfd!=0) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; } m_listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建服务端的socket // 把服务端用于通信的地址和端口绑定到socket上 struct sockaddr_in servaddr; // 服务端地址信息的数据结构 memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; // 协议族,在socket编程中只能是AF_INET servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 本主机的任意ip地址 servaddr.sin_port = htons(port); // 绑定通信端口 if (bind(m_listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0 ) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; return false; } // 把socket设置为监听模式 if (listen(m_listenfd,5) != 0 ) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; return false; } return true; } bool CTcpServer::Accept() { if ( (m_clientfd=accept(m_listenfd,0,0)) <= 0) return false; return true; } int CTcpServer::Send(const void *buf,const int buflen) { return send(m_clientfd,buf,buflen,0); } int CTcpServer::Recv(void *buf,const int buflen) { return recv(m_clientfd,buf,buflen,0); } void CTcpServer::CloseClient() // 关闭客户端的socket { if (m_clientfd!=0) { close(m_clientfd); m_clientfd=0; } } void CTcpServer::CloseListen() // 关闭用于监听的socket { if (m_listenfd!=0) { close(m_listenfd); m_listenfd=0; } }
解释一下:
1)在CTcpServer中增加了两个成员函数。
void CloseClient(); // 关闭客户端的socket void CloseListen(); // 关闭用于监听的socket
2)当有客户端连上来的时候,主进程执行fork,这时候会客户端的socket(m_clientfd)被复制了一份,对父进程来说,只负责监听客户端的连接,不需要与客户端通信,所以父进程关闭m_clientfd,注意,父进程关闭m_clientfd对子进程中的m_clientfd没有影响。
3)当有客户端连上来的时候,主进程执行fork,这时候服务端用于监听的socket(m_listenfd)也会被复制了一份,对子进程来说,只需要与客户端通信,不需要监听客户端的连接,所以子进程关闭监听的m_listenfd,同理,子进程关闭m_listenfd对父进程中的m_listenfd没有影响。
4)子进程执行完任务后,要调用retrun或exit(0)退出,如果没有调用return或exit(0),子进程将又会回到while循环首部。
2、客户端
把book247.cpp修改一下,循环的次数改为50,每次与服务端完成报文交互后sleep一秒,方便观察程序运行的效果。
示例(book249.cpp)
/* * 程序名:book249.cpp,此程序对book247.cpp略作修改,用于测试多进程的socket通信客户端 * 作者:C语言技术网(www.freecplus.net) 日期:20190525 */ #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> // TCP客户端类 class CTcpClient { public: int m_sockfd; CTcpClient(); // 向服务器发起连接,serverip-服务端ip,port通信端口 bool ConnectToServer(const char *serverip,const int port); // 向对端发送报文 int Send(const void *buf,const int buflen); // 接收对端的报文 int Recv(void *buf,const int buflen); ~CTcpClient(); }; int main() { CTcpClient TcpClient; // 向服务器发起连接请求 if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5051)==false) { printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.16.0.15\",5051) failed,exit...\n"); return -1; } char strbuffer[1024]; for (int ii=0;ii<50;ii++) { memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer)); sprintf(strbuffer,"这是第%d个超级女生,编号%03d。",ii+1,ii+1); if (TcpClient.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break; printf("发送:%s\n",strbuffer); memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer)); if (TcpClient.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break; printf("接收:%s\n",strbuffer); sleep(1); // sleep一秒,方便观察程序的运行。 } } CTcpClient::CTcpClient() { m_sockfd=0; // 构造函数初始化m_sockfd } CTcpClient::~CTcpClient() { if (m_sockfd!=0) close(m_sockfd); // 析构函数关闭m_sockfd } // 向服务器发起连接,serverip-服务端ip,port通信端口 bool CTcpClient::ConnectToServer(const char *serverip,const int port) { m_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建客户端的socket struct hostent* h; // ip地址信息的数据结构 if ( (h=gethostbyname(serverip))==0 ) { close(m_sockfd); m_sockfd=0; return false; } // 把服务器的地址和端口转换为数据结构 struct sockaddr_in servaddr; memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(port); memcpy(&servaddr.sin_addr,h->h_addr,h->h_length); // 向服务器发起连接请求 if (connect(m_sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr))!=0) { close(m_sockfd); m_sockfd=0; return false; } return true; } int CTcpClient::Send(const void *buf,const int buflen) { return send(m_sockfd,buf,buflen,0); } int CTcpClient::Recv(void *buf,const int buflen) { return recv(m_sockfd,buf,buflen,0); }
先启动服务端book250,然后启动多个book249,可以看到服务端可以同时与多个客户端进行通信,查看服务端的进行如下:
注意,服务端book250的主程序的while是一个死循环,没有退出机制,可以按Ctrl+c强制中止它,这不是正确的办法,后面我会介绍正确的方法。
二、僵尸进程
1、僵尸进程产生的原因
一个子进程在调用return或exit(0)结束自己的生命的时候,其实它并没有真正的被销毁,而是留下一个僵尸进程。
先启动服务端程序book250,然后多次启动客户端程序book249,马上查看book250的进程,如下图:
等全部的客户端book249程序运行完成后,再查看book250的进程,如下图。
被选中的就是僵尸进程,有\<defunct\>标志。
如果按Ctrl+c终止book250后,父进程退出,僵尸进程随之消失。
2、僵尸进程的危害
僵尸进程是子进程结束时,父进程又没有回收子进程占用的资源。
僵尸进程在消失之前会继续占用系统资源。
如果父进程先退出,子进程被系统接管,子进程退出后系统会回收其占用的相关资源,不会成为僵尸进程。父进和先退出的应用场景在以后的章节中介绍。
3、如何解决僵尸进程
解决僵尸进程的方法有两种。
子进程退出之前,会向父进程发送一个信号,父进程调用waid函数等待这个信号,只要等到了,就不会产生僵尸进程。这话说得容易,在并发的服务程序中这是不可能的,因为父进程要做其它的事,例如等待客户端的新连接,不可能去等待子进程的退出信号,这个方法我就不介绍了。
另一种方法就是父进程直接忽略子进程的退出信号,具体做法很简单,在主程序中启用以下代码:
signal(SIGCHLD,SIG_IGN); // 忽略子进程退出的信号,避免产生僵尸进程
signal函数的用法暂时不介绍,以后会有详细说明。
先启动服务端程序book250,然后多次启动客户端程序book249,等book249运行结束后再查看book250的进程,不再有僵尸进程。
三、应用经验
在学习了多进程的基础知识之后,初学者可能会认为多进程是一个高大上的技术,认为多进程处理数据肯定比单进程快,其实不是。在实际开发中,采用多进程的主要目的是处理多个并发的任务,而不是为了提高程序的效率。
从效率方面来说,某些场景下多进程的效率比单进程低,原因很简单,因为在有限的硬件资源中,多进程程序的内存开销更大,还会产生资源的竞争。就像多个人端着一盆水,不如一个人端着一盆水走得快。
四、课后作业
本章节的重点是介绍多进程的应用场景,属于概念性的知识,代码其实很简单,只要各位理解了多进程应用的原理就行了。
但是,文章中提到的知识点,大家一定要用程序去测试它。
五、版权声明
C语言技术网原创文章,转载请说明文章的来源、作者和原文的链接。
来源:C语言技术网(www.freecplus.net)
作者:码农有道
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