Linux 34TCP服务器多进程并发
TCP 多进程并发服务器代码讲解：原理、流程与细节
实现了一个 基于 fork() 多进程的 TCP 并发服务器—— 核心能力是：服务器启动后可同时处理多个客户端连接，每个客户端连接由独立的子进程负责数据交互，主进程仅专注于 “接收新连接”，不会被单个客户端的通信阻塞。
核心设计思路
多进程并发的核心逻辑：
主进程（父进程）：只做 3 件事 —— 创建监听 socket、绑定端口、监听连接，以及
accept()接收新客户端连接；每接收一个新连接，就fork()一个子进程专门处理该客户端的后续通信；子进程：由主进程
fork()生成，仅与对应的客户端交互（接收数据、发送响应），不参与监听 / 接收新连接；子进程与客户端断开连接后自动退出，释放资源。
优势：实现简单、进程间资源隔离（一个客户端的异常不会影响其他客户端）；缺点：进程创建 / 销毁开销略大，适合连接数适中的场景。
代码分段讲解（按执行流程）
1. 头文件与工具函数 sock_init()：初始化服务器监听 socket
#include
#include
#include
#include
#include // socket 核心API头文件
#include // 网络地址结构（sockaddr_in）
#include // 字节序转换（htons/inet_addr等）
#include // 此处未用线程，可能是冗余包含
// 功能：创建并初始化服务器监听socket（绑定端口、开始监听）
int sock_init()
{
// 1. 创建TCP socket（监听用）
// 参数1：AF_INET = IPv4地址族；参数2：SOCK_STREAM = TCP类型；参数3：0 = 默认协议（TCP）
int sersockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sersockfd == -1) // socket创建失败返回-1
{
perror("socket create failed"); // 建议加perror打印错误原因
exit(1); // 直接退出程序（实际开发可优化为返回错误码）
}
// 2. 初始化服务器地址结构（sockaddr_in）
struct sockaddr_in saddr; // 存储服务器IP、端口等信息
memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); // 清空结构体（避免垃圾值）
saddr.sin_family = AF_INET; // IPv4地址族
saddr.sin_port = htons(6000); // 端口号：htons()将主机字节序转为网络字节序（大端）
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 绑定本地回环IP（仅本机可连接）
// 3. 绑定socket与地址结构（将端口6000绑定到sersockfd）
int n = bind(sersockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
if (n == -1) // 绑定失败（如端口被占用）
{
perror("bind failed");
close(sersockfd); // 先关闭已创建的socket，避免资源泄漏
exit(1);
}
// 4. 将socket设为监听状态（等待客户端连接）
// 参数2：backlog = 5 → 监听队列最大长度（最多同时有5个未处理的连接请求）
n = listen(sersockfd, 5);
if (n == -1) // 监听失败
{
perror("listen failed");
close(sersockfd);
exit(1);
}
return sersockfd; // 返回监听socket的文件描述符（主进程用它accept新连接）
}
2. 主进程逻辑：接收新连接 + 创建子进程
int main()
{
// 1. 初始化服务器监听socket
int sockfd = sock_init(); // sockfd = 监听socket的文件描述符
if (sockfd == -1)
{
exit(1);
}
printf("server start success: listen 127.0.0.1:6000
");
struct sockaddr_in caddr; // 存储客户端的IP、端口信息（accept时填充）
while (1) // 主进程无限循环：持续接收新连接
{
int len = sizeof(caddr);
// 2. 接收客户端连接（阻塞调用：直到有新客户端连接才返回）
// 参数1：监听socket；参数2：客户端地址结构（输出）；参数3：地址长度（输入输出）
int cilsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, (unsigned int *)&len);
if (cilsockfd < 0) // accept失败（如被信号中断）
{
perror("accept failed");
close(cilsockfd); // 此处cilsockfd是-1，close无效，可省略
continue; // 继续等待下一个连接，不退出
}
// 打印新连接信息：客户端socket、端口（ntohs转为主机字节序）、IP（inet_ntoa转字符串）
printf("accept success: cilsockfd=%d, client port=%d, client ip=%s
",
cilsockfd, ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
// 3. 创建子进程：处理当前客户端的通信
pid_t pid = fork(); // fork()调用后，父进程和子进程同时执行后续代码
if (pid == -1) // fork失败（如系统资源不足）
{
perror("fork failed");
close(cilsockfd); // 关闭客户端socket，避免资源泄漏
continue;
}
// -------------------------- 子进程逻辑（pid == 0）--------------------------
if (pid == 0)
{
// 子进程不需要监听socket，立即关闭（避免端口被占用，且父子进程共享文件描述符）
close(sockfd);
// 循环与客户端通信（接收数据 + 发送响应）
while (1)
{
char buff[128] = {0}; // 存储接收的客户端数据
// 接收客户端数据：recv是阻塞调用，直到客户端发送数据或断开连接
// 参数1：客户端socket；参数2：接收缓冲区；参数3：缓冲区大小（留1字节存' '）；参数4：0=默认模式
int byte = recv(cilsockfd, buff, 127, 0);
// 处理recv返回值（关键：判断客户端状态）
if (byte <= 0)
{
// byte == 0 → 客户端主动关闭连接；byte < 0 → 接收失败（如网络异常）
printf("client disconnected: cilsockfd=%d
", cilsockfd);
close(cilsockfd); // 关闭客户端socket
exit(0); // 子进程完成使命，退出（避免子进程进入主循环accept新连接）
}
// 打印接收的数据
printf("recv from client(%d): %s (bytes=%d)
", cilsockfd, buff, byte);
// 向客户端发送响应（"ok"）
// send默认是阻塞的，返回发送的字节数（此处固定发送2字节：'o'和'k'）
send(cilsockfd, "ok", 2, 0);
}
}
// -------------------------- 父进程逻辑（pid > 0）--------------------------
else
{
// 父进程不需要与客户端通信，立即关闭客户端socket（父子进程共享文件描述符，子进程仍在使用）
close(cilsockfd);
// 父进程继续循环，等待下一个客户端连接（accept）
continue;
}
}
close(sockfd); // 主进程退出前关闭监听socket（实际不会执行，因主进程在while(1)中）
return 0;
}
关键技术点解析
1. fork() 多进程的核心机制
fork()调用后，操作系统会复制当前进程（父进程）的所有资源（代码、数据、文件描述符等），生成一个新进程（子进程）；- 父子进程的唯一区别是
fork()的返回值：父进程返回子进程的 PID（>0），子进程返回 0； - 父子进程共享文件描述符（如监听 socket、客户端 socket），因此子进程需关闭监听 socket，父进程需关闭客户端 socket，避免资源泄漏。
2. 字节序转换（htons/ntohs）
- 网络传输使用 “网络字节序”（大端序），而主机（如 x86 架构）使用 “主机字节序”（小端序）；
htons(port)：将主机字节序的端口号转为网络字节序（用于绑定端口）；ntohs(port)：将网络字节序的端口号转为主机字节序（用于打印客户端端口）。
3. accept()/recv() 的阻塞特性
accept()：主进程调用后会阻塞，直到有新客户端连接，返回客户端 socket 的文件描述符（cilsockfd）；recv()：子进程调用后会阻塞，直到客户端发送数据（返回接收的字节数）或断开连接（返回 0）或出错（返回 <0）。
4. 资源释放的关键
- 子进程必须关闭监听 socket（
sockfd）：子进程不需要监听新连接，关闭后避免端口被占用； - 父进程必须关闭客户端 socket（
cilsockfd）：父进程不处理客户端通信，关闭后释放文件描述符资源； - 客户端断开后，子进程必须
exit(0)：避免子进程进入主循环的accept()，导致多个进程监听同一个端口。
代码优化点（实际开发必备）
1. 处理僵尸进程（核心优化）
-
问题：子进程退出后，若父进程未处理其退出状态，子进程会变成 “僵尸进程”（占用系统资源）；
-
解决方法：
- 方法 1：父进程调用
waitpid(-1, NULL, WNOHANG)非阻塞回收僵尸进程（可在主循环中定期调用）； - 方法 2：注册
SIGCHLD信号处理函数，子进程退出时触发信号，父进程在信号处理函数中回收。
优化代码示例（添加信号处理）：
#include#include // SIGCHLD信号处理函数：回收僵尸进程 void sigchld_handler(int sig) { // waitpid(-1, NULL, WNOHANG)：非阻塞回收所有子进程 while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0); } int main() { // 注册信号处理函数（在sock_init前） signal(SIGCHLD, sigchld_handler); // ... 其余代码不变 } - 方法 1：父进程调用
2. 增加错误处理的详细信息
- 原代码仅
exit(1)，未打印错误原因，建议用perror()或strerror(errno)打印错误信息，方便调试。
3. 优化缓冲区与数据接收逻辑
- 原代码缓冲区固定 128 字节，若客户端发送数据超过 127 字节，会被截断；
- 建议循环
recv()直到接收完所有数据（需约定数据长度或分隔符）。
4. 支持绑定任意 IP（而非仅 127.0.0.1）
- 若需外部主机连接，将
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1")改为saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY（绑定所有网卡的 IP）。
5. 移除冗余头文件
- 代码中包含
运行与测试步骤
1. 编译运行服务器
2. 客户端连接测试（用 telnet 或 nc）
# 打开多个终端，每个终端执行：
telnet 127.0.0.1 6000
# 或
nc 127.0.0.1 6000
# 连接后输入任意字符（如"hello"），服务器会返回"ok"，并打印接收的内容
3. 现象观察
- 每个客户端连接会触发服务器创建一个子进程；
- 客户端断开后，子进程自动退出，且不会产生僵尸进程（优化后）；
- 多个客户端可同时连接，服务器能分别处理每个客户端的数据。
核心总结
- 多进程并发服务器的核心是 “主进程收连接，子进程处理通信”，通过
fork()实现连接隔离； - 关键细节：父子进程共享文件描述符，需各自关闭不需要的 socket；子进程退出后需回收，避免僵尸进程；
- 适用场景：连接数适中（几百以内）、每个连接的通信逻辑简单，进程隔离能提高稳定性；
- 对比选择：若连接数多（几千上万），建议用 IO 多路复用（
select/poll/epoll）+ 线程池，或异步 IO，减少进程创建开销。
这份代码是 TCP 多进程服务器的 “最小可行版本”，理解其流程后，可基于优化点扩展为生产级服务器（如添加配置文件、日志系统、连接限制等）。
