Linux TCP作为服务器连接的单连接、Select、Poll和Epoll方式:C/C++实现高效的服务器通信

简介: 在Linux服务器开发中,TCP(Transmission Control Protocol)作为面向连接的通信方式,为实现可靠的服务器通信提供了强大支持。不同的服务器连接方式,如单连接、Select、Poll和Epoll,各有优势,可以根据连接数和性能需求选择合适的方式。本文将深入探讨这四种方式的实现原理,并给出C/C++代码例子,帮助读者更好地理解和使用这些方式。

1. 单连接方式

单连接方式是最简单的方式,每个客户端连接都创建一个独立的线程或进程来处理数据传输。这种方式适用于连接数较少的情况,代码实现相对简单。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
   
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("bind");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_socket, 5) == -1) {
   
        perror("listen");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while (1) {
   
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
        int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
        if (client_socket == -1) {
   
            perror("accept");
            continue;
        }

        char buffer[1024];
        int n = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
        if (n <= 0) {
   
            perror("recv");
            close(client_socket);
            continue;
        }

        // 处理请求
        char* response = "Hello, I am the server!";
        send(client_socket, response, strlen(response), 0);
        close(client_socket);
    }

    close(server_socket);
    return 0;
}

2. Select方式

Select是最古老的I/O复用技术,它使用fd_set集合来监视文件描述符上的I/O事件。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAX_CLIENTS 5

int main() {
   
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("bind");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_socket, 5) == -1) {
   
        perror("listen");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int client_sockets[MAX_CLIENTS] = {
   0};
    fd_set read_fds;
    int max_fd;

    while (1) {
   
        FD_ZERO(&read_fds);
        FD_SET(server_socket, &read_fds);
        max_fd = server_socket;

        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
   
            if (client_sockets[i] > 0) {
   
                FD_SET(client_sockets[i], &read_fds);
                if (client_sockets[i] > max_fd) {
   
                    max_fd = client_sockets[i];
                }
            }
        }

        select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);

        if (FD_ISSET(server_socket, &read_fds)) {
   
            struct sockaddr_in client_addr;
            socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
            int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
            if (client_socket == -1) {
   
                perror("accept");
                continue;
            }

            for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
   
                if (client_sockets[i] == 0) {
   
                    client_sockets[i] = client_socket;
                    break;
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
   
            if (client_sockets[i] > 0 && FD_ISSET(client_sockets[i], &read_fds)) {
   
                char buffer[1024];
                int n = recv(client_sockets[i], buffer, sizeof(buffer), 0);
                if (n <= 0) {
   
                    close(client_sockets[i]);
                    client_sockets[i] = 0;
                } else {
   
                    // 处理请求
                    char* response = "Hello, I am the server!";
                    send(client_sockets[i], response, strlen(response), 0);
                }
            }
        }
    }

    close(server_socket);
    return 0;
}

3. Poll方式

Poll是改进的I/O复用技术,使用pollfd结构体数组来监视文件描述符上的I/O事件。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <poll.h>

#define MAX_CLIENTS 5

int main() {
   
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("bind");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_socket, 5) == -1) {
   
        perror("listen");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct pollfd fds[MAX_CLIENTS + 1];
    memset(fds, 0, sizeof(fds));

    fds[0].fd = server_socket;
    fds[0].events = POLLIN;

    while (1) {
   
        int num_fds = poll(fds, MAX_CLIENTS + 1, -1);
        if (

num_fds == -1) {
   
            perror("poll");
            continue;
        }

        if (fds[0].revents & POLLIN) {
   
            struct sockaddr_in client_addr;
            socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
            int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
            if (client_socket == -1) {
   
                perror("accept");
                continue;
            }

            for (int i = 1; i < MAX_CLIENTS + 1; i++) {
   
                if (fds[i].fd == 0) {
   
                    fds[i].fd = client_socket;
                    fds[i].events = POLLIN;
                    break;
                }
            }
        }

        for (int i = 1; i < MAX_CLIENTS + 1; i++) {
   
            if (fds[i].fd > 0 && (fds[i].revents & POLLIN)) {
   
                char buffer[1024];
                int n = recv(fds[i].fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
                if (n <= 0) {
   
                    close(fds[i].fd);
                    fds[i].fd = 0;
                } else {
   
                    // 处理请求
                    char* response = "Hello, I am the server!";
                    send(fds[i].fd, response, strlen(response), 0);
                }
            }
        }
    }

    close(server_socket);
    return 0;
}

4. Epoll方式

Epoll是Linux特有的高效I/O复用技术,使用事件驱动的方式来监视文件描述符上的I/O事件。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>

#define MAX_EVENTS 10

int main() {
   
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("bind");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_socket, 5) == -1) {
   
        perror("listen");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
   
        perror("epoll_create1");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = server_socket;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_socket, &event) == -1) {
   
        perror("epoll_ctl");
        close(server_socket);
        close(epoll_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];

    while (1) {
   
        int num_events = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (num_events == -1) {
   
            perror("epoll_wait");
            continue;
        }

        for (int i = 0; i < num_events; i++) {
   
            if (events[i].data.fd == server_socket) {
   
                struct sockaddr_in client_addr;
                socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
                int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
                if (client_socket == -1) {
   
                    perror("accept");
                    continue;
                }

                event.events = EPOLLIN;
                event.data.fd = client_socket;
                if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_socket, &event) == -1) {
   
                    perror("epoll_ctl");
                    close(client_socket);
                }
            } else {
   
                int client_socket = events[i].data.fd;
                char buffer[1024];
                int n = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
                if (n <= 0) {
   
                    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, client_socket, NULL);
                    close(client_socket);
                } else {
   
                    // 处理请求
                    char* response = "Hello, I am the server!";
                    send(client_socket, response, strlen(response), 0);
                }
            }
        }
    }

    close(server_socket);
    close(epoll_fd);
    return 0;
}

5.选择适合的服务器连接方式

单连接方式适用于连接数较少的情况,服务器性能要求较低。
Select方式适用于连接数少于1000个的情况,服务器性能要求中等。
Poll方式适用于连接数在1000-10000个的情况,服务器性能要求较高。
Epoll方式适用于连接数超过10000个的情况,服务器性能要求非常高。

6. 结论

TCP作为服务器连接方式在Linux服务器开发中得到广泛应用。不同的连接方式,如单连接、Select、Poll和Epoll,各有优势,可以根据连接数和性能需求选择合适的方式。本文给出了C/C++代码例子,帮助读者更好地理解和使用这些方式。在实际的服务器开发中,选择合适的连接方式可以提高服务器的性能和可扩展性,确保服务器通信的稳定运行。

相关实践学习
CentOS 7迁移Anolis OS 7
龙蜥操作系统Anolis OS的体验。Anolis OS 7生态上和依赖管理上保持跟CentOS 7.x兼容,一键式迁移脚本centos2anolis.py。本文为您介绍如何通过AOMS迁移工具实现CentOS 7.x到Anolis OS 7的迁移。
目录
相关文章
|
1月前
|
网络协议 安全 Linux
Linux C/C++之IO多路复用(select)
这篇文章主要介绍了TCP的三次握手和四次挥手过程,TCP与UDP的区别,以及如何使用select函数实现IO多路复用,包括服务器监听多个客户端连接和简单聊天室场景的应用示例。
86 0
|
10天前
|
存储 JSON Java
细谈 Linux 中的多路复用epoll
大家好,我是 V 哥。`epoll` 是 Linux 中的一种高效多路复用机制,用于处理大量文件描述符(FD)事件。相比 `select` 和 `poll`,`epoll` 具有更高的性能和可扩展性,特别适用于高并发服务器。`epoll` 通过红黑树管理和就绪队列分离事件,实现高效的事件处理。本文介绍了 `epoll` 的核心数据结构、操作接口、触发模式以及优缺点,并通过 Java NIO 的 `Selector` 类展示了如何在高并发场景中使用多路复用。希望对大家有所帮助,欢迎关注威哥爱编程,一起学习进步。
|
28天前
|
Ubuntu Linux 编译器
Linux/Ubuntu下使用VS Code配置C/C++项目环境调用OpenCV
通过以上步骤,您已经成功在Ubuntu系统下的VS Code中配置了C/C++项目环境,并能够调用OpenCV库进行开发。请确保每一步都按照您的系统实际情况进行适当调整。
228 3
|
1月前
|
Linux C++
Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)
这篇文章详细介绍了Linux下C/C++编程中IO多路复用的两种机制:poll和epoll,包括它们的比较、编程模型、函数原型以及如何使用这些机制实现服务器端和客户端之间的多个连接。
22 0
Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)
|
1月前
|
网络协议 Linux 网络性能优化
Linux C/C++之TCP / UDP通信
这篇文章详细介绍了Linux下C/C++语言实现TCP和UDP通信的方法,包括网络基础、通信模型、编程示例以及TCP和UDP的优缺点比较。
35 0
Linux C/C++之TCP / UDP通信
|
1月前
|
Linux C语言 C++
vsCode远程执行c和c++代码并操控linux服务器完整教程
这篇文章提供了一个完整的教程,介绍如何在Visual Studio Code中配置和使用插件来远程执行C和C++代码,并操控Linux服务器,包括安装VSCode、安装插件、配置插件、配置编译工具、升级glibc和编写代码进行调试的步骤。
173 0
vsCode远程执行c和c++代码并操控linux服务器完整教程
|
1月前
|
网络协议 Linux 网络性能优化
Linux基础-socket详解、TCP/UDP
综上所述,Linux下的Socket编程是网络通信的重要组成部分,通过灵活运用TCP和UDP协议,开发者能够构建出满足不同需求的网络应用程序。掌握这些基础知识,是进行更复杂网络编程任务的基石。
91 1
|
3月前
|
网络协议 安全 Linux
在Linux中,tcp三次握⼿的过程及原理?
在Linux中,tcp三次握⼿的过程及原理?
|
7天前
|
弹性计算
阿里云2核16G服务器多少钱一年?亲测价格查询1个月和1小时收费标准
阿里云2核16G服务器提供多种ECS实例规格,内存型r8i实例1年6折优惠价为1901元,按月收费334.19元,按小时收费0.696221元。更多规格及详细报价请访问阿里云ECS页面。
39 9
|
4天前
|
监控 Ubuntu Linux
使用VSCode通过SSH远程登录阿里云Linux服务器异常崩溃
通过 VSCode 的 Remote - SSH 插件远程连接阿里云 Ubuntu 22 服务器时,会因高 CPU 使用率导致连接断开。经排查发现,VSCode 连接根目录 ".." 时会频繁调用"rg"(ripgrep)进行文件搜索,导致 CPU 负载过高。解决方法是将连接目录改为"root"(或其他具体的路径),避免不必要的文件检索,从而恢复正常连接。
下一篇
无影云桌面