多进程服务器

深入理解并发服务器与进程管理：从僵尸进程到多任务处理

并发服务器的三种实现方式

现代服务器需要同时处理多个客户端请求，主要有三种实现方式：

僵尸进程

什么是僵尸进程？

当一个进程完成任务后没有被正确销毁，它就成了僵尸进程。就像完成工作的工人没有被妥善安置，仍在系统中占据着进程表项。

产生原因解析

进程正常终止需要满足以下条件之一：

• 调用exit函数
• 在main函数中执行return语句

终止时，进程会产生一个返回值，这个值需要传递给父进程。关键在于：操作系统不会主动传递返回值，而是等待父进程主动索取。如果父进程不索取，子进程就会成为僵尸进程。

消灭僵尸进程的方法

1. 使用wait函数

pid_t wait(int *status);

wait函数会：

• 主动获取子进程返回值（存储在status指向的内存）
• 如果没有终止的子进程，父进程将阻塞等待
• 如果没有子进程也调用wait，进程会一直阻塞

2. 使用waitpid函数

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

waitpid提供了更多控制：

• 可以指定等待特定子进程
• 使用WNOHANG选项可非阻塞调用

信号机制：操作系统的"即时通讯"

当使用wait函数等待时，父进程会被阻塞。信号机制解决了这个问题。

signal函数：注册信号处理器

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

这个看似复杂的声明实际上表示：

• 参数1：信号类型（如SIGALRM、SIGINT、SIGCHLD）
• 参数2：信号处理函数指针
• 返回：之前的信号处理函数指针

alarm函数：定时信号

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

设置一个定时器，指定时间后产生SIGALRM信号。特别说明：

• 参数为0会取消之前的定时器
• 如果没有注册处理函数，默认会终止进程

sigaction函数：更强大的信号处理

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,
struct sigaction *oldact);

sigaction结构体包含：

• sa_handler：基本信号处理函数
• sa_sigaction：扩展的信号处理函数
• sa_mask：处理期间要阻塞的信号集
• sa_flags：控制信号行为的标志位

基于多任务的并发服务器实现

fork创建子进程

pid_t fork(void);

关键特性：

• 复制父进程的文件描述符
• 不复制套接字本身（套接字是系统级的）
• 父子进程的文件描述符指向同一个套接字

正确的资源管理

重要原则：

分割TCP的I/O程序

在客户端程序中可以采用：

• 父进程负责发送数据
• 子进程负责接收数据

这样设计的优势：

• 实现全双工通信
• 任何时候都可以进行数据传输
• 提高响应速度

实际应用示例

并发服务器框架

while(1) {
// 接受新连接
clnt_sock = accept(serv_sock, ...);

// 创建子进程
pid = fork();
if(pid == 0) { // 子进程
close(serv_sock); // 关闭服务器套接字
handle_client(clnt_sock);
close(clnt_sock);
exit(0); // 子进程退出
}
else { // 父进程
close(clnt_sock); // 关闭客户端套接字
// 注册SIGCHLD处理函数防止僵尸进程
signal(SIGCHLD, handle_child_term);
}
}

信号处理示例

void handle_child_term(int sig) {
int status;
pid_t pid = waitpid(–1, &status, WNOHANG);
if(WIFEXITED(status))
printf("Child %d terminated\\n", pid);
}

int main() {
struct sigaction act;
act.sa_handler = handle_child_term;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;

sigaction(SIGCHLD, &act, 0);
// …服务器代码…
}

总结

通过理解这些核心概念，开发者可以构建出高效、稳定的并发服务器，能够同时服务大量客户端请求，同时保持系统的健壮性和可靠性。