Linux网络编程：TCP多进程/多线程并发服务器详解

Linux网络编程：TCP多进程/多线程并发服务器详解

在Linux网络编程中，TCP服务器主要有三种并发模型：

本文将重点讲解多进程和多线程实现方式，并分析关键技术和常见问题。

2.1 核心代码解析

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#define BACKLOG 5

void client_handler(int client_fd) {
char buf[BUFSIZ];
while(1) {
bzero(buf, BUFSIZ);
int ret = read(client_fd, buf, BUFSIZ);
if(ret <= 0) break;
printf("Received: %s\\n", buf);
}
close(client_fd);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
// 创建socket
int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

// 设置地址重用
int opt = 1;
setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

// 绑定地址
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
inet_aton(argv[1], &addr.sin_addr);
bind(server_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

// 监听
listen(server_fd, BACKLOG);

// 处理僵尸进程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

while(1) {
// 接受连接
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);

// 创建子进程
if(fork() == 0) {
close(server_fd); // 子进程关闭监听socket
client_handler(client_fd);
exit(0);
}
close(client_fd); // 父进程关闭客户端socket
}
}

2.2 关键技术点

int opt = 1;
setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

• 允许服务器快速重启而不需要等待TIME_WAIT状态结束

• 避免"Address already in use"错误

signal(SIGCHLD, SIG_IGN); // 最简单的方式
// 或者
signal(SIGCHLD, [](int sig) { while(waitpid(–1, NULL, WNOHANG) > 0); });

• 子进程退出后会变成僵尸进程

• 通过信号处理或显式wait/waitpid回收资源

重要原则：只有当所有进程都关闭了文件描述符，内核才会真正释放资源。

• 父进程需要关闭客户端socket

• 子进程需要关闭监听socket

3.1 核心代码解析

#include <pthread.h>

void* client_handler(void* arg) {
int client_fd = *(int*)arg;
char buf[BUFSIZ];

while(1) {
bzero(buf, BUFSIZ);
int ret = read(client_fd, buf, BUFSIZ);
if(ret <= 0) break;
printf("Received: %s\\n", buf);
}

close(client_fd);
free(arg); // 释放动态分配的参数
return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
// … (初始化部分与多进程相同)

while(1) {
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);

pthread_t tid;
int *arg = malloc(sizeof(int));
*arg = client_fd;
pthread_create(&tid, NULL, client_handler, arg);
pthread_detach(tid); // 分离线程，自动回收资源
}
}

3.2 关键技术点

• 必须确保每个线程获得独立的client_fd

• 动态分配内存传递参数，避免竞争条件

pthread_detach(tid);

• 使线程成为"分离状态"，退出时自动回收资源

• 替代方案：在主线程中调用pthread_join

• inet_ntoa是非线程安全的，考虑使用inet_ntop

• 避免在多线程中使用全局变量和静态变量

4.1 bzero vs memset

void bzero(void *s, size_t n); // 清零内存
void *memset(void *s, int c, size_t n); // 设置内存值

• bzero是BSD遗留函数，POSIX标准推荐使用memset

• 现代代码中建议使用：memset(buf, 0, BUFSIZ)

4.2 地址转换函数

// 字符串转二进制地址
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

// 二进制地址转字符串（非线程安全）
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

// 推荐使用线程安全版本
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

选择建议： • 需要高稳定性：选择多进程

• 需要高并发性能：选择多线程或I/O多路复用

• 现代服务器通常使用线程池+epoll的组合方案

[完整的多进程和多线程示例代码已在文中提供，可直接编译测试]

Q1: 为什么在多进程模型中父进程要关闭客户端socket？

A: 因为子进程已经复制了父进程的文件描述符表，只有当父子进程都关闭了socket，内核才会真正释放连接资源。

Q2: 如何避免大量TIME_WAIT状态？

A: 可以设置SO_REUSEADDR选项，或者调整内核参数：

sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1

Q3: 为什么多线程服务器中要动态分配参数？

A: 如果直接传递栈上的变量地址，可能在线程读取前就被主线程修改了，导致数据竞争。