操作系统课程的实验，要求使用多进程、多线程、多路复用实现Web服务器并发，使用的是tiny的一个简单的WEB服务器源码进行修改，使其支持多进程、多线程、多路复用。
相关原理
TCP套接字通信
Echo通信例子：
select：
文件描述符集合操作：
一般来说，在每次使用select()函数之前，首先使用FD_ZERO()和FD_SET()来初始化文件描述符集（在需要重复调用select()函数的时候，先把一次初始化好的文件描述符集备份下来，每次读取它即可）。在select()函数返回之后，可循环使用FD_ISSET()来测试描述符集，在执行完对相关文件描述符的操作之后，使用FD_CLR()来清除描述符集。
另外，select()函数中的timeout是一个struct timeval类型的指针，该结构体如下所示：
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| struct timeval
{
long tv_sec;
long tv_unsec;
}
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WEB server
模型：
实现过程
多进程实现服务器并发
调用Fork创建子进程，父进程继续监听。在子进程中对客户端进行处理，因为fork完全复制父进程，所以要在子进程中关掉监听套接字listenfd。子进程处理完之后，父子进程都要关掉连接套接字connfd。
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| int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
char hostname[MAXLINE], port[MAXLINE];
socklen_t clientlen;
struct sockaddr_storage clientaddr;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
listenfd = Open_listenfd(argv[1]);
while (1) {
clientlen = sizeof(clientaddr);
connfd = Accept(listenfd, (SA *)&clientaddr, &clientlen);
if (Fork() == 0) {
Close(listenfd);
Getnameinfo((SA *) &clientaddr, clientlen, hostname, MAXLINE,
port, MAXLINE, 0);
printf("Accepted connection from (%s, %s)\n", hostname, port);
doit(connfd);
Close(connfd);
exit(0);
}
Close(connfd);
}
return 0;
}
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运行结果：
多线程实现服务器并发
定义一个tid用于记录创建线程的id，主线程用于监听套接字，有新的连接建立之后创建一个副线程，主线程继续监听。副线程调用执行线程函数，在该函数中完成对新建立连接的处理，处理完之后关闭套接字，副线程结束。
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| void *thread(void *argv)
{
int connfd = *((int *)argv);
Pthread_detach(pthread_self());
doit(connfd);
Close(connfd);
return NULL;
}
int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
char hostname[MAXLINE], port[MAXLINE];
socklen_t clientlen;
struct sockaddr_storage clientaddr;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
listenfd = Open_listenfd(argv[1]);
pthread_t tid;
while (1) {
clientlen = sizeof(clientaddr);
connfd = Accept(listenfd, (SA *)&clientaddr, &clientlen);
Getnameinfo((SA *) &clientaddr, clientlen, hostname, MAXLINE,
port, MAXLINE, 0);
printf("Accepted connection from (%s, %s)\n", hostname, port);
Pthread_create(&tid, NULL, thread, &connfd);
}
return 0;
}
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运行结果：
多路复用实现并发
Fd_set rds,tmp定义两个文件描述符集，rds为用于监控的集合，tmp用于临时复制rds。FD_ZERO将rds清零，RD_SET将选定的位置1，fd_max是监听的套接字中最大的套接字描述符加一。
因为每次执行完select之后，未发生状态变化的套接字位会被置0，所以在循环开始时要对rds进行复制，对副本tmp进行select操作。select会把未就绪的描述符位置0，遍历文件描述符至fd_max，对每个文件描述符进行判断是否在文件描述符集tmp中，若在则进行处理。因为处理的都是就绪的套接字，所以不会发生阻塞。
如果为监听套接字就绪，新建立连接的描述符要加入rds中，如果为连接套接字，处理完之后要将其从文件描述符集rds中清除。
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| int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
char hostname[MAXLINE], port[MAXLINE];
socklen_t clientlen;
struct sockaddr_storage clientaddr;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
listenfd = Open_listenfd(argv[1]);
fd_set rds, tmp;
int fd_max,i;
FD_ZERO(&rds);
FD_SET(listenfd, &rds);
fd_max = listenfd + 1;
while (1) {
tmp = rds;
select(fd_max, &tmp, NULL, NULL, NULL);
for (i=0; i<fd_max; i++) {
if (FD_ISSET(i, &tmp)) {
if (listenfd == i) {
clientlen = sizeof(clientaddr);
connfd = Accept(listenfd, (SA *)&clientaddr, &clientlen);
FD_SET(connfd, &rds);
if (fd_max <= connfd) fd_max = connfd+1;
Getnameinfo((SA *) &clientaddr, clientlen, hostname, MAXLINE,
port, MAXLINE, 0);
printf("Accepted connection from (%s, %s)\n", hostname, port);
}
else {
doit(i);
FD_CLR(i, &rds);
Close(i);
}
}
}
}
return 0;
}
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运行结果：
实验结果分析
使用进程最简单，因为每个进程互相独立，不影响主程序的稳定性，子进程崩溃没关系，每个子进程都有自己的地址空间和相关资源，总体能够达到的性能上限非常大，但是调度开销比较大。
多路复用编程复杂度高，但是由于多路复用是在单一进程的上下文中的，因此每个逻辑流程都能访问该进程的全部地址空间，所以开销比多进程低得多。
多线程每个线程都有自己的线程上下文，所有的运行在一个进程里的线程共享该进程的整个虚拟地址空间。由于线程运行在单一进程中，因此共享这个进程虚拟地址空间的整个内容，包括它的代码、数据、堆、共享库和打开的文件。优点是程序逻辑和控制方式简单，所有线程可以直接共享内存和变量等，耗的总资源比进程方式好。但是由于每个线程与主程序共用地址空间，地址空间受限，一个线程的崩溃也可能影响到整个程序的稳定性，性能提高也有限制。
源代码
tiny.c修改的main函数部分代码：
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| void *thread(void *argv)
{
int connfd = *((int *)argv);
Pthread_detach(pthread_self());
doit(connfd);
Close(connfd);
return NULL;
}
int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd, connfd;
char hostname[MAXLINE], port[MAXLINE];
socklen_t clientlen;
struct sockaddr_storage clientaddr;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
listenfd = Open_listenfd(argv[1]);
while (1) {
clientlen = sizeof(clientaddr);
connfd = Accept(listenfd, (SA *)&clientaddr, &clientlen);
Getnameinfo((SA *) &clientaddr, clientlen, hostname, MAXLINE,
port, MAXLINE, 0);
printf("Accepted connection from (%s, %s)\n", hostname, port);
doit(connfd);
Close(connfd);
}
return 0;
}
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