Linux下的socket编程实践（八）Select的限制和poll（并发的初步知识）
Linux下的socket编程实践（八）Select的限制和poll（并发的初步知识）
select的限制
用select实现的并发服务器，能达到的并发数一般受两方面限制:
1)一个进程能打开的最大文件描述符限制。这可以通过调整内核参数来改变。可以通过ulimit -n(number)来调整或者使用setrlimit函数设置（需要root权限），但一个系统所能打开的最大数也是有限的，跟内存大小有关，可以通过cat /proc/sys/fs/file-max 查看。
2)select中的fd_set集合容量的限制(FD_SETSIZE,一般为1024),这需要重新编译内核才能改变。
对于第一个限制：
nclude其中，resource的一个取值 RLIMIT_NOFILE 代表指定比进程可打开的最大文件描述词大一的值，超出此值，将会产生EMFILE错误。#include int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim); int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);
rlim：描述资源软硬限制的结构体，原型如下
struct rlimit {
rlim_t rlim_cur; /* Soft limit */
rlim_t rlim_max; /* Hard limit (ceiling for rlim_cur) */
};
返回说明：成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为以下的某个值
EFAULT：rlim指针指向的空间不可访问
EINVAL：参数无效
EPERM：增加资源限制值时，权能不允许
软限制是一个建议性的, 最好不要超越的限制, 如果超越的话, 系统可能向进程发送信号以终止其运行.
而硬限制一般是软限制的上限;
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resource可用值 |
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RLIMIT_AS |
进程可用的最大虚拟内存空间长度,包括堆栈、全局变量、动态内存 |
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RLIMIT_CORE |
内核生成的core文件的最大大小 |
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RLIMIT_CPU |
所用的全部cpu时间,以秒计算 |
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RLIMIT_DATA |
进程数据段(初始化DATA段, 未初始化BSS段和堆)限制(以B为单位) |
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RLIMIT_FSIZE |
文件大小限制 |
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RLIMIT_SIGPENDING |
用户能够挂起的信号数量限制 |
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RLIMIT_NOFILE |
打开文件的最大数目 |
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RLIMIT_NPROC |
用户能够创建的进程数限制 |
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RLIMIT_STACK |
进程栈内存限制, 超过会产生SIGSEGV信号 |
进程的资源限制通常是在系统初启时由0#进程建立的,在更改资源限制时，须遵循下列三条规则：
1.任何一个进程都可将一个软限制更改为小于或等于其硬限制。
2.任何一个进程都可降低其硬限制值，但它必须大于或等于其软限制值。这种降低，对普通用户而言是不可逆反的。
3.只有超级用户可以提高硬限制。
/**示例: getrlimit/setrlimit获取/设置进程打开文件数目**/
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;
}
测试最多可以建立多少个链接，下面是客户端的代码：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #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; }
我们来看一下server端输出：
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:对于客户端，最多只能开启1021个连接套接字，因为总共是在Linux中最多可以打开1024个文件描述如，其中还得除去0，1，2。而服务器端只能accept 返回1020个已连接套接字，因为除了0,1,2之外还有一个监听套接字listenfd，客户端某一个套接字（不一定是最后一个）虽然已经建立了连接，在已完成连接队列中，但accept返回时达到最大描述符限制，返回错误，打印提示信息。
client在socket()返回-1是调用sleep(4)解析
当客户端调用socket准备创建第1022个套接字时，如上所示也会提示错误，此时socket函数返回-1出错，如果没有睡眠4s后再退出进程会有什么问题呢？如果直接退出进程，会将客户端所打开的所有套接字关闭掉，即向服务器端发送了很多FIN段，而此时也许服务器端还一直在accept ，即还在从已连接队列中返回已连接套接字，此时服务器端除了关心监听套接字的可读事件，也开始关心前面已建立连接的套接字的可读事件，read 返回0，所以会有很多 client close 字段参杂在条目的输出中，还有个问题就是，因为read 返回0，服务器端会将自身的已连接套接字关闭掉，那么也许刚才说的客户端某一个连接会被accept 返回，即测试不出服务器端真正的并发容量;
poll调用
poll没有select第二个限制, 即FD_SETSIZE的限制, 不用修改内核，但是第一个限制暂时还是无法避免的;
#includeint poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数nfds: 需要检测事件的个数, 结构体数组大小(也可表示为文件描述符个数)(The caller should specify the number of items in the fds array in nfds.)
参数timeout: 超时时间(单位milliseconds, 毫秒),若为-1，表示永不超时。
poll 跟 select 还是很相似的，比较重要的区别在于poll 所能并发的个数跟FD_SETSIZE无关，只跟一个进程所能打开的文件描述符个数有关，可以在select 程序的基础上修改成poll 程序，在运行服务器端程序之前，使用ulimit -n 2048 将限制改成2048个，注意在运行客户端进程的终端也需更改，因为客户端也会有所限制，这只是临时性的更改，因为子进程会继承这个环境参数，而我们是在bash命令行启动程序的，故在进程运行期间，文件描述符的限制为2048个。
使用poll 函数的服务器端程序如下，和select大概用法差不多：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #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; //被动套接字(文件描述符），即只可以accept, 监听套接字 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应在socket和bind之后，而在accept之前 ERR_EXIT( "listen error"); struct sockaddr_in peeraddr; //传出参数 socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); //传入传出参数，必须有初始值 int conn; // 已连接套接字(变为主动套接字，即可以主动connect) int i; struct pollfd client[ 2048]; int maxi = 0; //client[i]最大不空闲位置的下标 for (i = 0; i < 2048; i++) client[i].fd = - 1; int nready; client[ 0].fd = listenfd; client[ 0].events = POLLIN; while (1) { /* poll检测[0, maxi + 1) */ nready = poll(client, maxi + 1, - 1); if (nready == - 1) { if (errno == EINTR) continue; ERR_EXIT( "poll error"); } if (nready == 0) continue; //如果是监听套接口发生了可读事件 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; //已连接套接口发生了可读事件 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) //客户端关闭 { 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 只受一个进程所能打开的最大文件描述符限制，这个可以使用ulimit -n调整 */
可以看到现在最大的连接数已经是2045个了，虽然服务器端有某个连接没有accept 返回。即poll 比 select 能够承受更多的并发连接，只受一个进程所能打开的最大文件描述符个数限制。可以通过ulimit -n 修改，但一个系统所能打开的文件描述符个数也是有限的，这跟系统的内存大小有关系，所以说也不是可以无限地并发，我们在文章的开始也提到过，可以使用 cat /proc/sys/fs/file-max查看一下本机的容量。
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