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Linux高性能服务器编程代码实践,构建高效稳定的网络服务

Time:2025年02月21日 Read:9 评论:42 作者:y21dr45

在当今数字化时代,随着互联网应用的迅猛增长,对高性能服务器的需求愈发迫切,Linux操作系统凭借其卓越的稳定性、高度的可定制性以及强大的网络处理能力,成为构建高性能服务器的理想平台,本文将深入探讨Linux高性能服务器编程的关键技术与实践方法,并通过具体的代码示例展示如何实现高效稳定的网络服务。

Linux高性能服务器编程代码实践,构建高效稳定的网络服务

一、TCP/IP基础知识

TCP/IP协议栈是Linux高性能服务器编程的基础,IP地址用于标识网络中的设备,端口号则用于区分不同的应用程序,数据包传输过程中,IP负责将数据包从源地址传输到目的地址,而TCP则提供可靠的数据传输服务,确保数据的完整性和顺序。

二、Socket编程

套接字(Socket)编程是Linux服务器编程的核心,套接字是一种文件描述符,通过它可以实现不同进程或网络之间的通信,套接字编程主要包括创建套接字、绑定地址、监听连接和接受连接等步骤,以下是一个简单的Socket编程示例:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
      
    // 创建套接字文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
      
    // 强制附加套接字到端口8080
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
      
    // 绑定套接字到端口8080
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 开始监听是否有客户端连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 接受客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 读取并发送数据
    char buffer[1024] = {0};
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("%s
",buffer );
    send(new_socket , "Hello from server" , strlen("Hello from server") , 0 );
    printf("Hello message sent
");
    return 0;
}

三、Epoll技术

epoll是Linux下高效的I/O多路复用机制,适用于高并发服务器编程,与传统的select和poll相比,epoll具有更高的性能和更低的CPU占用率,epoll通过一个文件描述符表来管理多个套接字,当某个套接字上有事件发生时,epoll会通知应用程序进行处理,以下是使用epoll实现简单服务器的示例:

#include <stdio.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#define MAX_EVENTS 10
#define PORT 8080
#define BACKLOG 5
int make_socket_non_blocking(int sfd) {
    int flags, s;
    flags = fcntl(sfd, F_GETFL, 0);
    if (flags == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    flags |= O_NONBLOCK;
    s = fcntl(sfd, F_SETFL, flags);
    if (s == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    return 0;
}
int main() {
    int sfd, s;
    int efd;
    struct epoll_event event;
    struct epoll_event *events;
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    char buf[512];
    int nbytes;
    sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sfd == -1) {
        perror("socket");
        abort();
    }
    s = make_socket_non_blocking(sfd);
    if (s == -1) {
        abort();
    }
    memset(&client_addr, 0, sizeof(client_addr));
    client_addr.sin_family = AF_INET;
    client_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    client_addr.sin_port = htons(PORT);
    s = bind(sfd, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr));
    if (s == -1) {
        perror("bind");
        abort();
    }
    s = listen(sfd, BACKLOG);
    if (s == -1) {
        perror("listen");
        abort();
    }
    efd = epoll_create1(0);
    if (efd == -1) {
        perror("epoll_create");
        abort();
    }
    event.data.fd = sfd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // Edge-triggered behavior
    s = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event);
    if (s == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        abort();
    }
    /* Buffer where events are returned */
    events = calloc(MAX_EVENTS, sizeof event);
    /* The event loop */
    while (1) {
        int n, i;
        n = epoll_wait(efd, events, MAX_EVENTS, -1);
        for (i = 0; i < n; i++) {
            if ((events[i].events & EPOLLERR) || (events[i].events & EPOLLHUP) || (!(events[i].events & EPOLLIN))) {
                /* An error has occured on this fd, or the socket is not ready for reading (why were we notified then?) */
                fprintf(stderr, "epoll error
");
                close(events[i].data.fd);
                continue;
            } else if (sfd == events[i].data.fd) {
                /* We have a notification on the listening socket, which means one or more incoming connections. */
                while (1) {
                    struct sockaddr in_addr;
                    socklen_t in_len;
                    int infd;
                    char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];
                    infd = accept(sfd, &in_addr, &in_len);
                        if (infd == -1) {
                            if ((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK)) {
                                /* We have processed all incoming connections. */
                                break;
                            } else {
                                perror("accept");
                                break;
                            }
                        }
                        /* Make the incoming socket non-blocking and add it to the list of fds to monitor. */
                        s = make_socket_non_blocking(infd);
                        if (s == -1) abort();
                        event.data.fd = infd;
                        event

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