Linux网络编程之socket:select函数的并发限制与poll函数

一、用select实现的并发服务器，能达到的并发数，受两方面限制

1、一个进程能打开的最大文件描述符限制。这可以通过调整内核参数。可以通过ulimit -n来调整或者使用setrlimit函数设置，但一个系统所能打开的最大数也是有限的，跟内存大小有关，可以通过cat /proc/sys/fs/file-max 查看

2、select中的fd_set集合容量的限制（FD_SETSIZE，一般为1024），这需要重新编译内核。

下面为测试程序，只建立连接，看看最多能够建立多少个连接，客户端程序如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0)


int main(void)
{
    int count = 0;
    while(1)
    {
        int sock;
        if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0)) < 0)
        {
            sleep(4);
            ERR_EXIT("socket");
        }

        struct sockaddr_in servaddr;
        memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
        servaddr.sin_family = AF_INET;
        servaddr.sin_port = htons(5188);
        servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

        if (connect(sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
            ERR_EXIT("connect");

        struct sockaddr_in localaddr;
        socklen_t addrlen = sizeof(localaddr);
        if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&localaddr, &addrlen) < 0)
            ERR_EXIT("getsockname");

        printf("ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(localaddr.sin_addr), ntohs(localaddr.sin_port));
        printf("count = %d\n", ++count);

    }

    return 0;
}

启动select 的服务器端程序，再启动客户端测试程序：

从中可以看出对于客户端，最多只能开启1021个连接套接字，因为总共是1024个，还得除去0，1，2。而服务器端只能accept 返回1020个已连接套接字，因为除了012之外还有一个监听套接字，客户端某一个套接字（不一定是最后一个）虽然已经建立了连接，在已完成连接队列中，但accept 返回时达到最大描述符限制，返回错误，打印提示信息。

也许有人会注意到上面有一行 sleep(4); 当客户端调用socket准备创建第1022个套接字时，如上所示也会提示错误，此时socket函数返回-1出错，如果没有睡眠4s后再退出进程会有什么问题呢？如果直接退出进程，会将客户端所打开的所有套接字关闭掉，即向服务器端发送了很多FIN段，而此时也许服务器端还一直在accept ，即还在从已连接队列中返回已连接套接字，此时服务器端除了关心监听套接字的可读事件，也开始关心前面已建立连接的套接字的可读事件，read 返回0，所以会有很多 client close 字段参杂在条目的输出中，还有个问题就是，因为read 返回0，服务器端会将自身的已连接套接字关闭掉，那么也许刚才说的客户端某一个连接会被accept 返回，即测试不出服务器端真正的并发容量。同时可以看到最后接收到的一个连接端口是52234，即不一定是客户端的最后一个连接。

二、poll 函数应用举例

 #include <poll.h>
 int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数1：结构体数组指针，struct pollfd {

   int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events */
    short revents; /* returned events */
   };

结构体中的fd 即套接字描述符，events 即感兴趣的事件，如下图所示，revents 即返回的事件。

参数2：结构体数组的成员个数，即文件描述符个数。

参数3：即超时时间，若为-1，表示永不超时。

poll 跟 select 还是很相似的，比较重要的区别在于poll 所能并发的个数跟FD_SETSIZE无关，只跟一个进程所能打开的文件描述符个数有关，可以在select 程序的基础上修改成poll 程序，在运行服务器端程序之前，使用ulimit -n 2048 将限制改成2048个，注意在运行客户端进程的终端也需更改，因为客户端也会有所限制，这只是临时性的更改，因为子进程会继承这个环境参数，而我们是在bash命令行启动程序的，故在进程运行期间，文件描述符的限制为2048个。

服务端程序修改如下所示：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#include<poll.h>//poll函数

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)


int main(void)
{
    int count = 0;
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    int listenfd; //被动套接字(文件描述符），即只可以accept, 监听套接字
    if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket error");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    /* servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); */
    /* inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); */

    int on = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
        ERR_EXIT("setsockopt error");

    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");

    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) //listen应在socket和bind之后，而在accept之前
        ERR_EXIT("listen error");

    struct sockaddr_in peeraddr; //传出参数
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); //传入传出参数，必须有初始值

    int conn; // 已连接套接字(变为主动套接字，即可以主动connect)
    int i;

    struct pollfd client[2048];//pollfd数组
    int maxi = 0; //client[i]最大不空闲位置的下标

    for (i = 0; i < 2048; i++)
        client[i].fd = -1;

    int nready;
    client[0].fd = listenfd;//监听套接字加入client数组
    client[0].events = POLLIN;//events即感兴趣事件，POLLIN表示有数据到来，文件描述符可读

    while (1)
    {
        /* poll检测[0, maxi + 1) */
        nready = poll(client, maxi + 1, -1);//poll会检测所有存在的文件描述符，maxi为文件描述符所在数组的最大下标
        if (nready == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            ERR_EXIT("poll error");
        }

        if (nready == 0)
            continue;

        if (client[0].revents & POLLIN)//client[0]表示的监听套接字，将POLLIN事件加入返回事件
        {

            conn = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen); //accept不再阻塞
            if (conn == -1)
                ERR_EXIT("accept error");

            for (i = 1; i < 2048; i++)
            {
                if (client[i].fd < 0)
                {
                    client[i].fd = conn;//连接套接字加入client数组
                    if (i > maxi)
                        maxi = i;//修改最大下标
                    break;
                }
            }

            if (i == 2048)
            {
                fprintf(stderr, "too many clients\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }

            printf("count = %d\n", ++count);
            printf("recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),
                   ntohs(peeraddr.sin_port));

            client[i].events = POLLIN;//连接进来的套接字的事件改为有数据到来即可读

            if (--nready <= 0)//第一次调用的时候nready为1
                continue;
        }

        for (i = 1; i <= maxi; i++)//i从1开始表示除去第一个监听套接字。
        {
            conn = client[i].fd;
            if (conn == -1)
                continue;
            if (client[i].revents & POLLIN)
            {

                char recvbuf[1024] = {0};
                int ret = read(conn, recvbuf, 1024);
                if (ret == -1)
                    ERR_EXIT("read error");
                else if (ret  == 0)   //客户端关闭
                {
                    printf("client  close \n");
                    client[i].fd = -1;
                    close(conn);
                }

                fputs(recvbuf, stdout);
                write(conn, recvbuf, strlen(recvbuf));

                if (--nready <= 0)
                    break;
            }
        }


    }

    return 0;
}
/* poll 只受一个进程所能打开的最大文件描述符限制，这个可以使用ulimit -n调整 */

来看一下输出：

服务器端：

客户端：

可以看到现在最大的连接数已经是2045个了，虽然服务器端有某个连接没有accept 返回。即poll 比 select 能够承受更多的并发连接，只受一个进程所能打开的最大文件描述符个数限制。可以通过ulimit -n 修改，但一个系统所能打开的文件描述符个数也是有限的，这跟系统的内存大小有关系，所以说也不是可以无限地并发，可以查看一下本机的容量：

本机是虚拟机，内存大约1G，能够打开的文件描述符个数大约在10w个左右。

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