Linux下的socket程式設計實踐（八） Select的限制和poll（併發的初步知識）
select的限制
用select實現的併發伺服器，能達到的併發數一般受兩方面限制:
1)一個程序能開啟的最大檔案描述符限制。這可以通過調整核心引數來改變。可以通過ulimit -n(number)來調整或者使用setrlimit函式設定（需要root許可權），但一個系統所能開啟的最大數也是有限的，跟記憶體大小有關，可以通過cat /proc/sys/fs/file-max 檢視。
2)select中的fd_set集合容量的限制(FD_SETSIZE,一般為1024),這需要重新編譯核心才能改變。
對於第一個限制：
其中，resource的一個取值 RLIMIT_NOFILE 代表指定比程序可開啟的最大檔案描述詞大一的值，超出此值，將會產生EMFILE錯誤。nclude <sys/time.h> #include <sys/resource.h> int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim); int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);
rlim：描述資源軟硬限制的結構體，原型如下
struct rlimit {
rlim_t rlim_cur; /* Soft limit */
rlim_t rlim_max; /* Hard limit (ceiling for rlim_cur) */
};成功執行時，返回0。失敗返回-1，errno被設為以下的某個值
EFAULT：rlim指標指向的空間不可訪問
EINVAL：引數無效
EPERM：增加資源限制值時，權能不允許
軟限制是一個建議性的, 最好不要超越的限制, 如果超越的話, 系統可能向程序傳送訊號以終止其執行.
而硬限制一般是軟限制的上限;
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resource可用值 |
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RLIMIT_AS |
程序可用的最大虛擬記憶體空間長度,包括堆疊、全域性變數、動態記憶體 |
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RLIMIT_CORE |
核心生成的core檔案的最大大小 |
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RLIMIT_CPU |
所用的全部cpu時間,以秒計算 |
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RLIMIT_DATA |
程序資料段(初始化DATA段, 未初始化BSS段和堆)限制(以B為單位) |
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RLIMIT_FSIZE |
檔案大小限制 |
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RLIMIT_SIGPENDING |
使用者能夠掛起的訊號數量限制 |
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RLIMIT_NOFILE |
開啟檔案的最大數目 |
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RLIMIT_NPROC |
使用者能夠建立的程序數限制 |
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RLIMIT_STACK |
程序棧記憶體限制, 超過會產生SIGSEGV訊號 |
程序的資源限制通常是在系統初啟時由0#程序建立的,在更改資源限制時，須遵循下列三條規則：
1.任何一個程序都可將一個軟限制更改為小於或等於其硬限制。
2.任何一個程序都可降低其硬限制值，但它必須大於或等於其軟限制值。這種降低，對普通使用者而言是不可逆反的。
3.只有超級使用者可以提高硬限制。
/**示例: getrlimit/setrlimit獲取/設定程序開啟檔案數目**/
int main()
{
struct rlimit rl;
if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rl) == -1)
err_exit("getrlimit error");
cout << "Soft limit: " << rl.rlim_cur << endl;
cout << "Hard limit: " << rl.rlim_max << endl;
cout << "------------------------->" << endl;
rl.rlim_cur = 2048;
rl.rlim_max = 2048;
if (setrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rl) == -1)
err_exit("setrlimit error");
if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rl) == -1)
err_exit("getrlimit error");
cout << "Soft limit: " << rl.rlim_cur << endl;
cout << "Hard limit: " << rl.rlim_max << endl;
} #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while( 0)
int main( void)
{
int count = 0;
while( 1)
{
int sock;
if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
{
sleep( 4);
ERR_EXIT( "socket");
}
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons( 5188);
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( "127.0.0.1");
if (connect(sock, ( struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
ERR_EXIT( "connect");
struct sockaddr_in localaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(localaddr);
if (getsockname(sock, ( struct sockaddr *)&localaddr, &addrlen) < 0)
ERR_EXIT( "getsockname");
printf( "ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(localaddr.sin_addr), ntohs(localaddr.sin_port));
printf( "count = %d\n", ++count);
}
return 0;
}我們來看一下server端輸出：
recv connect ip=127.0.0.1 port=57430
count = 2039
recv connect ip=127.0.0.1 port=57431
count = 2040
recv connect ip=127.0.0.1 port=57432
count = 2041
recv connect ip=127.0.0.1 port=57433
count = 2042
recv connect ip=127.0.0.1 port=57434
count = 2043
recv connect ip=127.0.0.1 port=57435
count = 2044
recv connect ip=127.0.0.1 port=57436
accept error: Too many open files
解析:對於客戶端，最多隻能開啟1021個連線套接字，因為總共是在Linux中最多可以開啟1024個檔案描述如，其中還得除去0，1，2。而伺服器端只能accept 返回1020個已連線套接字，因為除了0,1,2之外還有一個監聽套接字listenfd，客戶端某一個套接字（不一定是最後一個）雖然已經建立了連線，在已完成連線佇列中，但accept返回時達到最大描述符限制，返回錯誤，列印提示資訊。
client在socket()返回-1是呼叫sleep(4)解析
當客戶端呼叫socket準備建立第1022個套接字時，如上所示也會提示錯誤，此時socket函式返回-1出錯，如果沒有睡眠4s後再退出程序會有什麼問題呢？如果直接退出程序，會將客戶端所開啟的所有套接字關閉掉，即向伺服器端傳送了很多FIN段，而此時也許伺服器端還一直在accept ，即還在從已連線佇列中返回已連線套接字，此時伺服器端除了關心監聽套接字的可讀事件，也開始關心前面已建立連線的套接字的可讀事件，read 返回0，所以會有很多 client close 欄位參雜在條目的輸出中，還有個問題就是，因為read 返回0，伺服器端會將自身的已連線套接字關閉掉，那麼也許剛才說的客戶端某一個連線會被accept 返回，即測試不出伺服器端真正的併發容量;
poll呼叫
poll沒有select第二個限制, 即FD_SETSIZE的限制, 不用修改核心，但是第一個限制暫時還是無法避免的;
#include <poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);引數nfds: 需要檢測事件的個數, 結構體陣列大小(也可表示為檔案描述符個數)(The caller should specify the number of items in the fds array in nfds.)
引數timeout: 超時時間(單位milliseconds, 毫秒),若為-1，表示永不超時。
poll 跟 select 還是很相似的，比較重要的區別在於poll 所能併發的個數跟FD_SETSIZE無關，只跟一個程序所能開啟的檔案描述符個數有關，可以在select 程式的基礎上修改成poll 程式，在執行伺服器端程式之前，使用ulimit -n 2048 將限制改成2048個，注意在執行客戶端程序的終端也需更改，因為客戶端也會有所限制，這只是臨時性的更改，因為子程序會繼承這個環境引數，而我們是在bash命令列啟動程式的，故在程序執行期間，檔案描述符的限制為2048個。
使用poll 函式的伺服器端程式如下，和select大概用法差不多：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#include<poll.h>
#include "read_write.h"
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while ( 0)
int main()
{
int count = 0;
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
int listenfd; //被動套接字(檔案描述符），即只可以accept, 監聽套接字
if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
// listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)
ERR_EXIT( "socket error");
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons( 5188);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int on = 1;
if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
ERR_EXIT( "setsockopt error");
if (bind(listenfd, ( struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
ERR_EXIT( "bind error");
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) //listen應在socket和bind之後，而在accept之前
ERR_EXIT( "listen error");
struct sockaddr_in peeraddr; //傳出引數
socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); //傳入傳出引數，必須有初始值
int conn; // 已連線套接字(變為主動套接字，即可以主動connect)
int i;
struct pollfd client[ 2048];
int maxi = 0; //client[i]最大不空閒位置的下標
for (i = 0; i < 2048; i++)
client[i].fd = - 1;
int nready;
client[ 0].fd = listenfd;
client[ 0].events = POLLIN;
while (1)
{
/* poll檢測[0, maxi + 1) */
nready = poll(client, maxi + 1, - 1);
if (nready == - 1)
{
if (errno == EINTR)
continue;
ERR_EXIT( "poll error");
}
if (nready == 0)
continue;
//如果是監聽套介面發生了可讀事件
if (client[0].revents & POLLIN)
{
conn = accept(listenfd, ( struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen); //accept不再阻塞
if (conn == - 1)
ERR_EXIT( "accept error");
for (i = 1; i < 2048; i++)
{
if (client[i].fd < 0)
{
client[i].fd = conn;
if (i > maxi)
maxi = i;
break;
}
}
if (i == 2048)
{
fprintf(stderr, "too many clients\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf( "count = %d\n", ++count);
printf( "recv connect ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),
ntohs(peeraddr.sin_port));
client[i].events = POLLIN;
if (--nready <= 0)
continue;
}
for (i = 1; i <= maxi; i++)
{
conn = client[i].fd;
if (conn == - 1)
continue;
//已連線套介面發生了可讀事件
if (client[i].revents & POLLIN)
{
char recvbuf[ 1024] = { 0};
int ret = readline(conn, recvbuf, 1024);
if (ret == - 1)
ERR_EXIT( "readline error");
else if (ret == 0) //客戶端關閉
{
printf( "client close \n");
client[i].fd = - 1;
close(conn);
}
fputs(recvbuf, stdout);
writen(conn, recvbuf, strlen(recvbuf));
if (--nready <= 0)
break;
}
}
}
return 0;
}
/* poll 只受一個程序所能開啟的最大檔案描述符限制，這個可以使用ulimit -n調整 */可以看到現在最大的連線數已經是2045個了，雖然伺服器端有某個連線沒有accept 返回。即poll 比 select 能夠承受更多的併發連線，只受一個程序所能開啟的最大檔案描述符個數限制。可以通過ulimit -n 修改，但一個系統所能開啟的檔案描述符個數也是有限的，這跟系統的記憶體大小有關係，所以說也不是可以無限地併發，我們在文章的開始也提到過，可以使用 cat /proc/sys/fs/file-max檢視一下本機的容量。