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linux:UDP-网络服务器模型

导读：
　　学习过《软件工程》吧？软件工程可是每一个程序员“必修”的课程啊。如果你没
    有学习过，建议你去看一看。在这一章里面，我们一 起来从软件工程的角度学习
    网络编程的思想。在我们写程序之前，我们都应该从软件工程的角度规划好我们的
    软件，这样我们开发软件的效率才会高。在网络程序里 面，一般的来说都是许多
    客户机对应一个服务器。为了处理客户机的请求，对服务端的程序就提出了特殊的要求。
    我们学习一下目前最常用的服务器模型。
　　循环服务器：循环服务器在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求。
　　并发服务器：并发服务器在同一个时刻可以响应多个客户端的请求。
　　9.1 循环服务器：UDP服务器
　　UDP循环服务器的实现非常简单：UDP服务器每次从套接字上读取一个客户端的请求，
    处理，然后将结果返回给客户机。
　　可以用下面的算法来实现：
　　socket(...);
　　bind(...);
　　while(1)
　　{
　　recvfrom(...);
　　process(...);
　　sendto(...);
　　}
　　因为UDP是非面向连接的，没有一个客户端可以老是占住服务端。
    只要处理过程不是死循环，服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。
　　9.2 循环服务器：TCP服务器
　　TCP循环服务器的实现也不难：TCP服务器接受一个客户端的连接，然后
    处理，完成了这个客户的所有请求后，断开连接。
　　算法如下：
　　socket(...);
　　bind(...);
　　listen(...);
　　while(1)
　　{
　　accept(...);
　　while(1)
　　{
　　read(...);
　　process(...);
　　write(...);
　　}
　　close(...);
　　}
　　TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请求。只有在这个客户
    的所有请求都满足后，服务器才可以继续后面的请求。这样如果有
    一个客户端占住服务器不放时，其它的客户机都不能工作了。
    因此，TCP服务器一般很少用循环服务器模型的。
　　9.3 并发服务器：TCP服务器
　　为了弥补循环TCP服务器的缺陷，人们又想出了并发服务器的模型。
    并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理，而是
    服务器创建一个子进程来处理。
　　算法如下：
　　socket(...);
　　bind(...);
　　listen(...);
　　while(1)
　　{
　　accept(...);
　　if(fork(..)==0)
　　{
　　while(1)
　　{
　　read(...);
　　process(...);
　　write(...);
　　}
　　close(...);
　　exit(...);
　　}
　　close(...);
　　}
　　TCP并发服务器可以解决TCP循环服务器客户机独占服务器的情况。不过也
    同时带来了一个不小的问题。为了响应客户机的请求，服务器要创建子进程来处理。
    而创建子进程是一种非常消耗资源的操作。
　　9.4 并发服务器：多路复用I/O
　　为了解决创建子进程带来的系统资源消耗，人们又想出了多路复用I/O模型。
　　首先介绍一个函数select：
　　int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
　　fd_set *except fds, struct timeval *timeout)
　　void FD_SET(int fd, fd_set *fdset)
　　void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
　　void FD_ZERO(fd_set *fdset)
　　int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)
　 　一般的来说当我们在向文件读写时，进程有可能在读写出阻塞，
    直到一定的条件满足。比如我们从一个套接字读数据时，可能缓冲区里面
    没有数据可读（通信的对 方还没有发送数据过来），这个时候我们的读调用
    就会等待（阻塞）直到有数据可读。如果我们不希望阻塞，我们的一个选择是
    用select系统调用。只要我们 设置好select的各个参数，那么当文件可以读写
    的时候select回“通知”我们，说可以读写了。
　　readfds所有要读的文件文件描述符的集合。

　　writefds所有要的写文件文件描述符的集合。
　　exceptfds其他的服要向我们通知的文件描述符。
　　timeout超时设置。
　　nfds所有我们监控的文件描述符中最大的那一个加1。
　　在我们调用select时进程会一直阻塞直到以下的一种情况发生：
　　1) 有文件可以读；
　　2) 有文件可以写；
　　3) 超时所设置的时间到。
　　为了设置文件描述符我们要使用几个宏。
　　FD_SET将fd加入到fdset。
　　FD_CLR将fd从fdset里面清除。
　　FD_ZERO从fdset中清除所有的文件描述符。
　　FD_ISSET判断fd是否在fdset集合中。
　　使用select的一个例子：
　　int use_select(int *readfd, int n)
　　{
　　fd_set my_readfd;
　　int maxfd;
　　int i;
　　maxfd=readfd[0];
　　for(i=1;i
　　if(readfd[i]>maxfd) maxfd=readfd[i];
　　while(1)
　　{
　　/* 将所有的文件描述符加入 */
　　FD_ZERO(&my_readfd);
　　for(i=0;ilt;n;i++)
　　FD_SET(readfd[i],*my_readfd);
　　/* 进程阻塞 */
　　select(maxfd+1,& my_readfd,NULL,NULL,NULL);
　　/* 有东西可以读了 */
　　for(i=0;ilt;n;i++)
　　if(FD_ISSET(readfd[i],&my_readfd))
　　{
　　/* 原来是我可以读了 */
　　we_read(readfd[i]);
　　}
　　}
　　}
　　使用select后我们的服务器程序就变成了：
　　初始化(socket,bind,listen);
　　while(1)
　　{
　　设置监听读写文件描述符(FD_*);
　　调用select;
　　如果是倾听套接字就绪，说明一个新的连接请求建立
　　{
　　建立连接(accept);
　　加入到监听文件描述符中去;
　　}
　　否则说明是一个已经连接过的描述符
　　{
　　进行操作(read或者write);
　　}
　　}
　　多路复用I/O可以解决资源限制的问题。着模型实际上是将UDP循环模型
    用在了TCP上面。这也就带来了一些问题。如由于服务器依次处理客户的
    请求，所以可能会导致有的客户会等待很久。
　　9.5 并发服务器：UDP服务器
　　人们把并发的概念用于UDP就得到了并发UDP服务器模型。并发UDP服务器
    模型其实是简单的。和并发的TCP服务器模型一样是创建一个子进程来处理的
    算法和并发的TCP模型一样。
　　除非服务器
    在处理客户端的请求所用的时间比较长以外，人们实际上很少用这种模型。
　　9.6 一个并发TCP服务器实例
　　#include
　　#include
　　#include
　　#include
　　#include
　　#define MY_PORT 8888
　　int main(int argc, char **argv)
　　{
　　int listen_fd, accept_fd;
　　struct sockaddr_in client_addr;
　　int n;
　　if((listen_fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))<0)
　　{
　　printf("Socket Error:%s\n\a",strerror(errno));
　　exit(1);
　　}
　　bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
　　client_addr.sin_family=AF_INET;
　　client_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
　　client_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
　　n=1;
　　/* 如果服务器终止后,服务器可以第二次快速启动而不用等待一段时间 */
　　setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&n,sizeof(int));
　　if(bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr))<0)
　　{
　　printf("Bind Error:%s\n\a",strerror(errno));
　　exit(1);
　　}
　　listen(listen_fd,5);
　　while(1)
　　{
　　accept_fd=accept(listen_fd,NULL,NULL);
　　if((accept_fd<0)&&(errno==EINTR))
　　continue;
　　else if(accept_fd<0)
　　{
　　printf("Accept Error:%s\n\a",strerror(errno));
　　continue;
　　}
　　if((n=fork())==0)
　　{
　　/* 子进程处理客户端的连接 */
　　char buffer[1024];
　　close(listen_fd);
　　n=read(accept_fd,buffer,1024);
　　write(accept_fd,buffer,n);
　　close(accept_fd);
　　exit(0);
　　}
　　else if(n<0)
　　printf("Fork Error:%s\n\a",strerror(errno));
　　close(accept_fd);
　　}
　　}
　　你可以用我们前面写客户端程序来调试着程序,或者是用来telnet调试