如何构建一个高效的C语言多进程服务器？

C多进程服务器

C多进程服务器是一种基于C语言实现的、利用多进程技术来处理并发客户端连接的服务器模型，在高并发场景下，它能够有效地提高服务器的处理能力和资源利用率，下面将详细介绍C多进程服务器的相关内容。

一、基本概念

多进程服务器是指在操作系统中同时运行多个独立的进程，每个进程都有自己独立的地址空间和资源，服务器使用fork系统调用创建子进程来和客户端进行通信，父进程则负责取出连接请求，这种模型可以充分利用多核处理器的优势，提高系统的整体性能。

二、实现步骤

1、创建套接字：使用socket()函数创建服务器套接字。

2、绑定地址和端口：使用bind()函数将服务器地址和端口与套接字绑定在一起。

3、监听连接：使用listen()函数使套接字进入监听状态，等待客户端连接。

4、接受连接并创建子进程：当有新的客户端连接时，使用accept()函数接受连接，并通过fork()函数创建一个子进程来处理该连接。

5、子进程处理客户端请求：在子进程中，通过读写操作与客户端进行通信，完成请求的处理后关闭连接并终止子进程。

6、父进程继续等待新的连接：父进程关闭与客户端的连接描述符，并继续等待新的连接请求。

三、示例代码

以下是一个使用C语言实现的多进程服务器的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
// 信号处理函数
void waitchild(int signo) {
    pid_t wpid;
    while ((wpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0) {
        printf("child exit, wpid==[%d]
", wpid);
    }
}
int main() {
    // 阻塞SIGCHLD信号
    sigset_t mask;
    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGCHLD);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);
    int sigbol = 1;
    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sfd < 0) {
        perror("ERROR opening socket");
        exit(1);
    }
    // 设置端口复用
    int opt = 1;
    setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(int));
    struct sockaddr_in soaddr;
    bzero(&soaddr, sizeof(soaddr));
    soaddr.sin_family = AF_INET;
    soaddr.sin_port = htons(9999);
    soaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if (bind(sfd, (struct sockaddr *)&soaddr, sizeof(soaddr)) < 0) {
        perror("ERROR on binding");
        close(sfd);
        exit(1);
    }
    listen(sfd, 128);
    struct sockaddr_in clientsocket;
    socklen_t clilen;
    char sIP[16];
    while (1) {
        clilen = sizeof(clientsocket);
        bzero(&clientsocket, clilen);
        int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&clientsocket, &clilen);
        if (cfd < 0) {
            perror("ERROR on accept");
            continue;
        }
        int pid = fork();
        if (pid == 0) { // 子进程
            close(sfd);
            char buff[64];
            printf("current pid is [%d],father is [%d]
", getpid(), getppid());
            while (1) {
                memset(buff, 0x00, sizeof(buff));
                int n = read(cfd, buff, sizeof(buff));
                if (n == 0) {
                    return 0;
                } else if (n < 0) {
                    perror("child read error");
                    return -1;
                }
                printf("child [%d] recv data from [%s:%d]:[%s]
", getpid(), inet_ntop(AF_INET, &clientsocket.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(clientsocket.sin_port), buff);
                for (int i = 0; i < n; i++) {
                    buff[i] = toupper(buff[i]);
                }
                n = write(cfd, buff, n);
                if (n <= 0) {
                    perror("child write error");
                    return -1;
                }
            }
        } else if (pid > 0) { // 父进程
            close(cfd);
            if (sigbol == 1) {
                sigbol = 0;
                // 注册SIGCHLD信号处理函数
            }
        } else {
            perror("fork failed");
            exit(1);
        }
    }
    close(sfd);
    return 0;
}

四、优缺点分析

1、优点：稳定性高，一个子进程的崩溃或错误不会影响其他子进程的执行，能够有效地隔离错误，提高服务器的可靠性，适用于对稳定性要求较高的服务器，如Web服务器、文件服务器等。

2、缺点：创建和管理多个进程需要消耗更多的系统资源，包括内存和CPU时间，进程间的切换会引入较大的开销，并且需要特殊的机制来在不同进程间传递数据和同步操作。

五、相关FAQs

1、问：多进程服务器中如何处理僵尸进程？

答：僵尸进程是已经完成但尚未被其父进程回收的进程，在多进程服务器中，可以使用wait或waitpid函数来回收子进程的资源，避免僵尸进程的产生，也可以使用信号处理函数来自动回收僵尸进程。

2、问：多进程服务器的性能瓶颈在哪里？

答：多进程服务器的性能瓶颈主要在于进程的创建和管理开销，以及进程间通信的效率，为了提高性能，可以优化进程的创建方式，减少不必要的进程创建，并采用高效的进程间通信机制，如管道、共享内存等。