UNP读书笔记第五章回射程序的各种改进

原创

breakDawn 2022-09-26 10:05:26 博主文章分类：后端 ©著作权

文章标签 服务器子进程数据 文章分类 运维

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本章首先编写了1个服务器回射程序，1个客户发送程序。随后根据各类问题，进行相应的改进。这里记录一下改进的过程。

服务器程序很简单，大概是以下几步：

创建套接字->绑定地址结构->监听

进入while循环，做accpet等待连接建立->一旦连接建立成功，返回一个connecfd套接字，并fork一个子进程

父进程关闭connecfd套接字，继续进入accpet等待连接

子进程执行回射函数-> 回射函数是一个while循环，不断从客户套接字中read对应的数据，并发送回去。当read返回<=0即输入了EOF或read出错时，退出循环，输出报错信息

#include "unp.h"

void str_echo(int sockfd){
  ssize_t n;
  char buf[MAXLINE];
again:
  while( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0){  //从客户端接收到数据
    Writen(sockfd, buf, n);                 //则返回相同数据
  }
  if(n < 0 && errno == EINTR){   //如果仅仅是因为发生了中断，不退出，继续执行
    goto again;
  }
  else if (n < 0){
    err_sys("str_echo: read error");
  }
}

int main(int argc, char **argv){
  int listenfd, connfd;
  pid_t childpid;
  socklen_t clilen;
  struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
  listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  //绑定通配地址
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
  Listen(listenfd, LISTENQ);
  
  for( ; ; ){
    clilen = sizeof(cliaddr);   // 监听
    connfd = Accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen); //如果返回，说明建立了一个连接
     //fork，父进程关闭该连接描述符，并继续监听和接受新连接
     //子进程关闭监听描述符，并进行连接的处理。
    if( (childpid =Fork()) ==0){  
      Close(listenfd);
      str_echo(connfd);
      exit(0);
    }
    Close(connfd);
  }
}

客户程序：

创建套接字->与要发往的服务器地址进行connect

当connect返回时，说明连接建立成功，执行发送函数

发送函数是1个while循环。每次在标准输入上fgets读取一行，然后发送给服务器，

发送之后readline服务器上发回的数据，并输出。

如果readline返回错误，则报错。

#include "unp.h"
#include <time.h>


void str_cli(FILE *fp, int sockfd){
  char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
  while(Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){  //读取终端上输入的数据
    Writen(sockfd, sendline,strlen(sendline));
    if(Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0) //读取服务器发回的数据  
      err_quit("str_cli:server terminated prematurely");
    Fputs(recvline, stdout); //把服务器发回的数据发送到终端上
  }
}

int main(int argc, char **argv){
  int sockfd,i;
  struct sockaddr_in servaddr;
  if (argc != 2){
    err_quit("usage: tcpli<IPaddress>");
  }
  sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  Inet_pton(AF_INET, argv[1],  &servaddr.sin_addr);
  Connect(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
  str_cli(stdin, sockfd);
  exit(0);
}

正常终止：

当我们在客户进程上输入EOF关闭（ctrl +d）时，Fgets读入空指针->退出while循环->退出函数->程序执行完毕，进程关闭

->进程关闭时，自动关闭打开的所有套接字，于是客户TCP发送FIN给服务器，进行四次挥手。

注意：连接中止后，通过netstat可以查看到客户套接字此时正处于TIMEWAIT状态，大概好几秒之后才真正关闭。

存在的问题：服务器子进程因为readline收到FIN而退出，结束，但是父进程并没有处理子进程结束的操作

所以，子进程变成了僵死进程，并没有真正的被清除，其空间和副本被保留，如果忽略该处理，内存会被耗尽。

改进A——处理僵死进程：

在服务器进程开启监听之后，加入Signal（SIGCHLD，sig_chld），即进程开启对“子进程终止”信号的捕捉

一旦捕捉到，则执行sig_chld函数

sig_chld函数：该函数中执行了wait函数，等待1个子进程返回，并回收对应状态信息。

注意1：这个信号的捕捉一定是父进程才能捕捉得到。

注意2：当该信号捕捉到时，父进程正阻塞于accept上，此时执行了信号中断，于是accpet出错

返回的错误是“中断错误”

所以服务器代码中，在accpet返回的是错误且错误是中断错误时，要继续执行while循环做accpet

而不是直接结束整个进程

存在的问题：当有多个子进程同时终止时，会在同一时间内产生多个SIGCHLD信号，导致wait的接受存在不确定性

改进B——处理多个子进程终止的情况

在sig_chld信号处理函数中，加入while循环，并执行不阻塞的waitpid，用循环依次将死掉的子进程一个个取出。

#include "unp.h"

void str_echo(int sockfd){
  ssize_t n;
  char buf[MAXLINE];
again:
  while( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0){
    Writen(sockfd, buf, n);
  }
  
  if(n < 0 && errno == EINTR){
    goto again;
  }
  else if (n < 0){
    err_sys("str_echo: read error");
  }
  
}

void sig_chld(int signo){
  pid_t pid;
  int stat;
  while( (pid = waitpid(-1,&stat,WNOHANG)) > 0)   //非阻塞的waitpid
    printf("child %d terminated\n", pid);
  return ;
}


int main(int argc, char **argv){
  int listenfd, connfd;
  pid_t childpid;
  socklen_t clilen;
  struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
  listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  Signal(SIGCHLD, sig_chld); //设置“子进程退出信号”处理函数
  bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  //绑定通配地址，接受目的地址为任何本地接口的连接。
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
  Listen(listenfd, LISTENQ);
  
  for( ; ; ){
    clilen = sizeof(cliaddr);
    if( (connfd = accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen)) < 0){
      if(errno == EINTR)
        continue;
      else err_sys("accept error");
    }
    
    if( (childpid = Fork()) ==0){
      Close(listenfd);
      str_echo(connfd);
      exit(0);
    }
    Close(connfd);
  }
}