linux网络服务器IO模型：prefork和惊群

有好多年没有build server from scrash,一般都用现成的lib或者直接用nginx+php。学习网络服务器开发，首推两本书

• APUE:UNIX环境高级编程
• Windows网络编程

最近突然有兴趣，研究了一番
写socket server程序， 老3步：create/bind/listen,然后就用accept等待客户端连接，代码如下

import sys
import socket
import select
import os

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#方便调试：让端口释放后立即就可以被再次使用,否则要等2分钟
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

try:
    s.bind(('localhost',9000) )
    s.listen(1)
except Exception, e:
    raise e

while 1:
    client,address = s.accept()
    print "%s get a client[%s] from %s" % (os.getpid(),str(client),address)
    client.close()

这段代码一次只能处理一个连接，要提高服务器的并发处理能力，有一个模式叫做:pre-fork,代码如下

import sys
import socket
import select
import os

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
try:
    s.bind(('localhost',9000) )
    s.listen(1)
except Exception, e:
    raise e

for i in range(1,10):
    pid = os.fork()
    if pid <0:
        print 'fork error'
        sys.exit(-1)
    elif pid >0:
        print 'fork process %d'  % pid
    else:
        pass

while 1:
    client,address = s.accept()
    print "%s get a client[%s] from %s" % (os.getpid(),str(client),address)
    client.close()

一次启动10个子进程，监听同一个端口，所以prefork模式就是

create/bind/listen -> fork ->accept

这段代码非常可疑，多个进程accept了同一个socket，一般人都会认为可能会出错，但是linux从操作系统层面支持了这种做法。

Linux是这样实现accept调用的：

把当前进程插入这个fd的等待队列然后阻塞
当新连接进来的时候，操作系统会唤醒这个fd的等待队列的第一个进程，只唤醒一个进程
这是Linux kernel 2.4引入的功能. 相关论文：Accept scalability on Linux

prefork模式优点很多：

• 没有锁，os来负责调度，效率很高
• 单一进程，资源独占，对于这个用来accept的fd，随后可以随便操作，效果很好，因为子进程copy父进程全部的句柄，且copy且write(cow:copy on write)

　多线程能使用pre-fork么?

是的，当然可以！因为linux的常见的pthread 是通过进程实现的，一个thread对应一个内核轻量级进程。 N个thread accept同一个fd
一次也会只唤醒一个thread，不用自己写各种同步代码

s.setblocking(0)

_r = [s]
_w = []

while 1:
    reads,writes,errs = select.select(_r,_w,[])
    for sock in reads:
        if sock == s:
            try:
                client,address = sock.accept()
                print "%s get a client[%s] from %s" % (os.getpid(),str(client),address)
                client.send("goodluck!")
                client.close()
            except Exception,e:
                print '[%d]:%s' %(os.getpid(),str(e))

把socket设置为非阻塞模式，然后丢进select来等待可读信号到达，当新connection产生的时候，所以进程都会被唤醒。

但是随后调用用accept会出现异常，因为事实上产生了一个新连接，第一个进程accept可以成功返回，其他进程accept都会失败

pre-fork是一个重大的改善，极大的简化了网络server的编程，Linux可能会走得更远，Linux Kernel 3.9会引入一个新的socket option，只要设置socket的SO_REUSEPORT属性，那么不同的进程和线程都可以同时bind这个ip和port

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