TCP并发服务器(二)——预创建子进程，accept不上锁

1.说明

这是预创建进程中速度最快的。

适用于源自BSD的内核，但是accept是一个库函数的System V可能不允许这么做(因此需要accept上锁保护)。

2.优缺点

无需引入父进程执行fork的开销就能处理新的客户。缺点时必须在启动阶段猜测需要预创建多少子进程。

如果某个时刻客户数恰好等于子进程总数，新的客户将被忽略直到至少一个子进程重新可用。

在实际上客户没有被忽略，内核为每个新客户完成三路握手，直到listen调用的backlog数为止。然后accept在已连接队中取出描述符。

尽管connect可能立即返回，但是请求可能在一段时间以后才被服务器处理。

3.解决办法

可以监控闲置子进程数，动态增减子进程数。

4.代码

#include "unp.h"
#include <vector>
#include <sys/mman.h>        //for mmap()

using std::vector;

//共享内存首地址
static long *cptr;;
static int nchildren;
static vector<int> pids;

void sig_int(int signo)
{
    for (int i = 0; i < nchildren; ++i) {
        kill(pids[i], SIGTERM);
    }
    while (wait(NULL) > 0) {
        ;
    }
    if (errno != ECHILD) {
        err_sys("wait error");
    }

    DPRINTF("The number of child process accept.");
    for (int i = 0; i < nchildren; ++i) {
        DPRINTF("%ld", cptr[i]);
    }

    void pr_cpu_time(void);
    pr_cpu_time();

    exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int listenfd;
    socklen_t addrlen;
    if (argc == 3) {
        listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);
    } else if (argc == 4) {
        listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);
    } else {
        err_quit("Usage: a.out [ <host> ] <port#> <#children>");
    }

    nchildren = atoi(argv[argc - 1]);
    pids.resize(nchildren);
    //查看连接在子进程的分布
    //使用共享内存未每个子进程的连接计数
    //fork之后父进程和子进程共享cptr
    long *meter(int);
    cptr = meter(atoi(argv[argc - 1]));
    //cptr = (long*)Calloc(nchildren, sizeof(long));

    //创建子进程
    pid_t child_make(int i, int listenfd, int addrlen);
    for (int i = 0; i < atoi(argv[argc - 1]); ++i) {
        pids[i] = child_make(i, listenfd, addrlen); 
    }

    //SIGCHLD处理函数
    void sig_chld(int);
    Signal(SIGCHLD, sig_chld);
    Signal(SIGINT, sig_int);

    for ( ; ;) {
        ;             //child does everything
    } //end for(;;)

    return 0;
}

void sig_chld(int)
{
    static int cnt = 0;
    pid_t pid;
    int stat;
    //param1: 想要等待的PID；-1: 等待第一个终止的子进程
    //param2: 子进程的终止状态(整数)
    //param3: 附加选项；WNOHANG：没有子进程终止时，不阻塞
    while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0) {    //成功：返回进程ID > 0, 出错：0或-1
        DPRINTF("Waitpid for %d child process
", ++cnt);
        ;
    }

    return;
}

pid_t child_make(int i, int listenfd, int addrlen)
{
    void child_main(int, int, int);
    pid_t pid = Fork();
    if (pid > 0) {        //parent
        return pid;
    }
    child_main(i, listenfd, addrlen);
}

void child_main(int i, int listenfd, int addrlen)
{
    DPRINTF("child %ld starting
", (long)getpid());
    void web_child(int);
    for ( ; ; ) {
        DPRINTF("Wait for a connection");
        int connfd = Accept(listenfd, NULL, NULL);
        //共享内存计数增加
        ++cptr[i];
        DPRINTF("Accept a connection, total accept %ld connection", cptr[i]);

        web_child(connfd);
        Close(connfd);
    }
}

long *meter(int nchildren)
{
#ifdef MAP_ANON            //匿名映射
    long *ptr = (long*)Mmap(0, nchildren * sizeof(long), PROT_READ | PROT_WRITE, 
                    MAP_ANON | MAP_SHARED, -1, 0);
#else
    int fd = Open("/dev/zero", O_RDWR, 0);
    long *ptr = (long*)Mmap(0, nchildren * sizeof(long), PROT_READ | PROT_WRITE,
                     MAP_SHARED, fd, 0);
    //已完成文件到进程地址空间的映射，可以关闭原文件
    Close(fd);
#endif

    return ptr;
}

5.惊群

由于子进程阻塞在accept上，但是当一个连接到达时只会有一个子进程获得连接。但是所有的子进程都被唤醒了，这种现象就是惊群，会影响程序性能。

当子进程过多时惊群现象会更加严重。

我们可以不阻塞于accept，而是select上。

但是多个进程在引用同一个套接字描述符上调用select会发生select冲突。此时会增加CPU时间，因为增加了系统调用。

结论：如果多个进程阻塞在引用同一个实体(如：套接字或普通文件)的描述符上，最好直接阻塞于诸如accept之类的函数，而不是select。