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Linux网络编程：TCP多进程/多线程并发服务器详解

news 来源：原创 2025/5/24 13:11:40

TCP并发服务器概述

在Linux网络编程中，TCP服务器主要有三种并发模型：

多进程模型：为每个客户端连接创建新进程
多线程模型：为每个客户端连接创建新线程
I/O多路复用：使用select/poll/epoll管理多个连接

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。

多进程并发服务器实现

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 5void 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socketint 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socketclient_handler(client_fd);exit(0);}close(client_fd);  // 父进程关闭客户端socket}
}

2.2 关键技术点

地址重用(SO_REUSEADDR)

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

僵尸进程处理

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

文件描述符关闭

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

多线程并发服务器实现

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

线程参数传递

• 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

线程分离

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

线程安全函数

• 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

关键工具函数详解

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);

性能对比与选择建议

特性	多进程模型	多线程模型
资源开销	高（每个连接独立进程）	较低（共享地址空间）
稳定性	高（进程隔离）	较低（一个线程崩溃可能影响整个服务）
编程复杂度	中等	较高（需处理线程同步）
适用场景	CPU密集型任务	I/O密集型任务
跨平台一致性	好（所有Unix-like系统支持）	一般（实现细节有差异）

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

完整示例代码

[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]

常见问题解答

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。

Linux网络编程：TCP多进程/多线程并发服务器详解

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