網絡socket多進程編程之服務器

在寫多進程編程之前，我們先了解一下fork系統調用。

fork系統調用

①Linux內核在啓動的最後階段會創建init進程來執行序/sbin/init，該進程是系統運行的第一個進程，進程號爲 1，稱爲Linux 系統的初始化進程，該進程會創建其他子進程來啓動不同寫系統服務，而每個服務又可能創建不同的子進程來執行不同的程序。Linux 中維護着一個數據結構叫做 進程表，保存當前加載在內存中的所有進程的有關信息，其中包括進程的 PID(Process ID)、進程的狀態、命令字符串等，操作系統通過進程的 PID 對它們進行管理，這些 PID 是進程表的索引。

②Linux下有兩個基本的系統調用可以用於創建子進程：fork()和vfork()。在我們編程的過程中，一個函數調用只有一次返回(return)，但由於fork()系統調用會創建一個新的進程，這時會有兩次返回。一次返回是給父進程，其返回值是子進程的PID(Process ID)，第二次返回是給子進程，其返回值爲0。所以我們在調用fork()後，需要通過其返回值來判斷當前的代碼是在父進程還是子進程運行，如果返回值是0說明現在是子進程在運行，如果返回值>0說明是父進程在運行，而如果返回值<0的話，說明fork()系統調用出錯。fork 函數調用失敗的原因主要有兩個：

1. 系統中已經有太多的進 程；
2. 該實際用戶 ID 的進程總數超過了系統限制

③每個子進程只有一個父進程，並且每個進程都可以通過getpid()獲取自己的進程PID，也可以通過getppid()獲取父進程的PID，這樣在fork()時返回0給子進程是可取的。一個進程可以創建多個子進程，這樣對於父進程而言，他並沒有一個API函數可以獲取其子進程的進程ID，所以父進程在通過fork()創建子進程的時候，必須通過返回值的形式告訴父進程其創建的子進程PID。這也是fork()系統調用兩次返回值設計的原因。

④fork()系統調用會創建一個新的子進程，這個子進程是父進程的一個副本。這也意味着，系統在創建新的子進程成功後，會將父進程的文本段、數據段、堆棧都複製一份給子進程，但子進程有自己獨立的空間，子進程對這些內存的修改並不會影響父進程空間的相應內存。這時系統中出現兩個基本完全相同的進程(父、子進程)，這兩個進程執行沒有固定的先後順序，哪個進程先執行要看系統的進程調度策略。如果需要確保讓父進程或子進程先執行，則需要程序員在代碼中通過進程間通信的機制來自己實現。我們可以看一下下面的圖

網絡socket多進程編程之服務器代碼示例

在Linux下多進程編程之後，我們就可以使用多進程編程寫socket服務器了其流程圖和代碼如下：

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2020 makun<[email protected]>
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  djc_socket_server.c
 *    Description:  This file fork_socket_server
 *                 
 *        Version:  1.0.0(2020年02月28日)
 *         Author:  makun <[email protected]>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "2020年02月28日 13時59分51秒"
 *                 
 ********************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <getopt.h>
#include <stdlib.h>


#define MSG_STR "Hello lingyun  iot stduio client\n"
void print_usage(char *progname)
{
     printf("%s usage: \n", progname);
     printf("-p(--port): sepcify server listen port.\n");
     printf("-h(--Help): print this help information.\n");
    
     return ;
}

int main (int argc, char **argv)
{

    int                 sockfd = -1;
    int                 clifd;
    struct sockaddr_in  servaddr;
    struct sockaddr_in  cliaddr;
    socklen_t           len;
    int                 port = 0;
    int                 ch;
    int                 rv = -1;
    int                 on = 1;
    pid_t               pid;
struct option opts[] = {
     {"port", required_argument, NULL, 'p'},
     {"help", no_argument, NULL, 'h'},
     {NULL, 0, NULL, 0}
      };
 while( (ch=getopt_long(argc, argv, "p:h", opts, NULL)) != -1 )
      {
           switch(ch)
                {
                    case 'p':
                        port=atoi(optarg);
                        break;
                    case 'h':
                        print_usage(argv[0]);
                        return 0;
                }
    }
  if( !port )
  {
      print_usage(argv[0]);
      return 0;
  }

    sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM ,0);
        
    if( sockfd < 0)
    {
        printf("create socket failure:%s\n",strerror(errno));
        return -1;
    }
    printf("create socket successfuly: %d\n", sockfd);

    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family=AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(port);
    servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    rv = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
    if(rv < 0)
    {
        printf("socket[%d] bind to port[%d] failure:%s\n",sockfd,port,strerror(errno));
        return -2;
    }
      
    listen(sockfd,13);
    printf("start to listen on port [%d]\n", port);
    while(1)
    {
        printf("start accept new client incoming..\n");
        clifd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&len);
        if(clifd < 0)
    {
        printf("accept client failure:%s\n", strerror(errno));
        continue;
    }

    printf("accept new clienr[%s:%d] successfully\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port));
    pid=fork();
    if( pid < 0 )
    {
        printf("fork creat child pricess failure:%s\n",strerror(errno));
        continue;
    }
    else if( pid > 0)
    {
        close(clifd);
        continue;
    }
    else if( pid ==0 )
    {
        char        buf[1024];

        close(sockfd);
        printf("Chid process start to commuicate with socket client..\n");
        memset(buf , 0, sizeof(buf));
        rv=read(clifd,buf,sizeof(buf));
        if(rv < 0)
        {
             printf("Read data from client sockfd[%d] failure:%s\n",clifd,strerror(errno));
        close(clifd);
        exit(0);
        }
        else if( rv == 0)
        {
             printf("socket[%d]get disconnected\n", clifd);
             close(clifd);
             exit(0);
        }
        else if( rv > 0)
        {
            printf("read %d bytss data from server:%s\n",rv,buf);
        }
        rv=write(clifd, MSG_STR, strlen(MSG_STR));
       if(rv < 0)
       {
           printf("Write to client by sockfd[%d] failure: %s\n", sockfd,
           strerror(errno));
           close(clifd);
           exit(0);
       }
       sleep(1);
       printf("close client socket[%d] and child process exit\n", clifd);
       close(clifd);
       exit(0);
    }
}
close(sockfd);

return 0;
}

linux下編程結果如下：


結果分析：在該程序中，父進程accept()接收到新的連接後，就調用fork()系統調用來創建子進程來處理與客戶端的通信。因爲子進程會繼承父進程處於listen狀態的socket 文件描述符（sockfd），也會繼承父進程accept()返回的客戶端socket 文件描述符（clifd），但子進程只處理與客戶端的通信，這時他會將父進程的listen的文件描述符sockfd關閉；同樣父進程只處理監聽的事件，所以會將clifd關閉。此時父子進程同時運行完成不同的任務，子進程只負責跟已經建立的客戶端通信，而父進程只用來監聽到來的socket客戶端連接。所以當有新的客戶端到來時，父進程就有機會來處理新的客戶連接請求了，同時每來一個客戶端都會創建一個子進程爲其服務。