面试题：C语言在Linux网络服务器中如何处理并发连接

Question

在Linux环境下使用C语言设计高性能网络服务器，当面临多个客户端并发连接时，通常有哪些方法来处理？请至少列举两种，并简要说明其原理和适用场景。

Answer 1

1. 多进程模型
   • 原理：每一个客户端连接到来时，服务器创建一个新的进程来处理该客户端的请求。父进程负责监听新的连接，一旦有新连接，就通过fork系统调用创建子进程，子进程独立处理该客户端的通信，父进程继续监听新连接。
   • 适用场景：适用于客户端连接数量相对较少，每个连接处理的任务较为复杂且相互独立的场景。例如一些数据库服务器，处理每个客户端的查询等复杂操作。因为进程有独立的地址空间，安全性较高，一个客户端的异常不会影响其他客户端。但进程创建和销毁开销较大，不适合大量并发连接。
2. 多线程模型
   • 原理：与多进程类似，不过是每来一个客户端连接，服务器创建一个新的线程来处理。线程共享进程的地址空间，线程的创建和销毁开销比进程小。通过pthread_create等函数创建线程，各个线程在同一地址空间内协同工作，分别处理不同客户端的请求。
   • 适用场景：适用于并发连接数较多且每个连接处理任务相对简单的场景，如简单的文件传输服务器。由于线程共享地址空间，数据共享方便，但也需要注意线程同步问题，防止数据竞争。
3. I/O多路复用模型
   • 原理：通过一个进程使用select、poll或epoll等系统调用，同时监听多个文件描述符（例如多个客户端连接的套接字）。当其中任何一个文件描述符就绪（有数据可读、可写等）时，系统调用返回，程序可以判断是哪个文件描述符就绪并进行相应处理。
   • 适用场景：适用于高并发场景，特别是连接数非常多但每个连接I/O操作并不频繁的情况，如Web服务器。它能在一个进程内高效管理大量连接，减少进程或线程创建和切换的开销。其中epoll在Linux环境下性能更优，适合处理大量并发连接。