在Linux上编写多线程TCP服务器

Question

在Linux上编写多线程TCP服务器

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在工作中，我被要求实现一个TCP服务器作为Modbus从机设备的一部分。我在这里和互联网上（包括优秀的http://beej.us/guide/bgnet/）阅读了很多资料，但我正在处理一个设计问题。简而言之，我的设备只能接受2个连接，在每个连接上都会有传入的Modbus请求，我必须在我的主控制器循环中处理这些请求，然后回复成功或失败状态。我有以下几种实现方式的想法。

有一个监听线程，创建、绑定、监听和接受连接，然后生成一个新的pthread来监听连接上的传入数据，并在空闲超时期间关闭连接。如果活动线程数目已经是2，新的连接将立即关闭以确保只允许2个连接。
不从监听线程生成新线程，而是使用select()来检测传入的连接请求以及活动连接上的传入Modbus连接（类似于Beejs指南中的方法）。
创建2个监听线程，每个线程创建一个套接字（相同的IP和端口号），可以阻塞在accept()调用上，然后关闭套接字fd并处理连接。在这里，我（也许是天真地）假设这将只允许最多2个连接，我可以使用阻塞读来处理它们。

我已经使用C++很长时间了，但我对Linux开发还是比较新手。如果上述哪种方法是最好的（如果有的话），或者我的Linux经验意味着其中任何一个都是非常糟糕的想法，我真的很希望得到任何建议。我渴望避免fork()并坚持pthread，因为传入的Modbus请求将被排队，并定期从主控制器循环中读取。提前感谢您的任何建议。

- mathematician1975

3个回答

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由于您只处理2个连接，每个连接一个线程对于这种应用程序是完美的。如果您需要扩展到数千个连接，则使用非阻塞或异步I/O的面向对象方法更好。使用2个监听器线程是有意义的，您不需要关闭accept fd。当连接完成时，只需回到它上进行接受即可。实际上，一种变化是有三个线程被阻塞在accept上。如果两个线程正在积极处理连接，则第三个线程将重置新创建的连接（或返回繁忙响应，无论哪种方式适合您的设备）。

要使所有三个线程都在accept上阻塞，您需要在三个线程启动以执行其接受/处理处理之前，由主线程创建和绑定您的套接字。

Linux上的pthread的man页面指示accept是线程安全的。（线程安全函数下面的部分列出了不是线程安全的函数，想想看。）

- jxh

你是指我问题中的选项3吗？ - mathematician1975

@mathematician1975：是的，我在考虑选项3的一个变体，但有三个线程接受。 - jxh

但是这里的另一个答案说我只能绑定一次，这就排除了选项3。 - mathematician1975

@mathematician1975：在主线程中绑定和监听一次，然后启动线程来执行accept操作。Linux支持这种模式，而在其他操作系统上，您可能需要使用互斥锁来保护accept调用。 - jxh

啊，我明白了 - 所以将套接字文件描述符传递给其他线程？那么在任何连接之前，我会有两个线程同时阻塞在accept()上？这是线程安全的吗？ - mathematician1975

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您提出的所有设计选项都不太面向对象，而且它们更适用于C而不是C ++。如果您的工作允许使用boost，则Boost.Asio库非常适合制作简单（和复杂）的套接字服务器。您可以几乎使用他们的任何示例，并将其轻松扩展为仅允许2个活动连接，一旦打开即关闭所有其他连接。

我想到的是，通过在连接类中保持静态计数器（在构造函数中增加，在析构函数中减少），并在创建新连接时检查计数器并决定是否关闭连接，可以修改他们的简单HTTP服务器以执行此操作。连接类还可以获得boost :: asio :: deadline_timer来跟踪超时。

这最接近您的第一个设计选择，boost可以在1个线程中完成此操作，并在后台执行类似于select（）（通常是epoll（））的操作。但这是“ C ++ 方法”，我认为使用select（）和原始的pthread是C方法。

- SoapBox

谢谢您的建议。我完全同意您对C++和面向对象方面的看法。然而，考虑到我目前时间上的限制，我认为我将不得不采用原始的Linux API方法，因为我需要快速推出一个原型，并且已经花费了一些时间来适应它。但是，一旦项目被接受，我认为我肯定会支持这种方法。 - mathematician1975

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原文链接

- Some programmer dude · Accepted Answer

第三种方法不可行，因为你只能绑定本地地址一次。

我可能会使用第二种方法，除非你需要进行大量处理，在这种情况下，第一种和第二种方法的组合可能会有用。

我考虑的第一种和第二种方法的组合是：让主线程（程序启动时始终存在的线程）创建两个工作线程，然后执行阻塞的 accept 调用以等待新连接。当一个新连接到达时，告诉其中一个线程开始处理新连接并返回到阻塞状态的 accept。当第二个连接被接受时，告诉另一个线程开始处理该连接。如果两个连接已经打开，则要么不接受直到一个连接关闭，要么等待新连接但立即关闭它们。