面试题：C语言socket编程中的并发处理

在使用C语言进行Linux socket编程实现高并发的TCP服务器时，常见的并发处理模型有：

多进程模型：每个客户端连接到来时，服务器创建一个新的进程来处理该连接。进程之间相互独立，一个进程的崩溃不会影响其他进程。
多线程模型：与多进程类似，但线程共享进程的资源，上下文切换开销比进程小。
I/O多路复用模型：通过一个线程监视多个文件描述符，当有描述符就绪时进行处理。常见的I/O多路复用技术有select、poll、epoll。

以下以I/O多路复用中的epoll模型为例，详细阐述其实现原理及关键代码片段：

epoll实现原理

epoll_create：创建一个epoll实例，返回一个文件描述符epfd，该描述符用于后续对epoll的操作。
epoll_ctl：用于向epoll实例中添加、修改或删除要监视的文件描述符。可以指定要监视的事件类型，如读事件、写事件等。
epoll_wait：阻塞等待所监视的文件描述符上有事件发生。当有事件发生时，会返回一个就绪的文件描述符列表，程序可以遍历该列表对就绪的描述符进行处理。

关键代码片段

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sockfd, connfd;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    memset(&cliaddr, 0, sizeof(cliaddr));

    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    servaddr.sin_port = htons(8080);

    if (bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("bind failed");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(sockfd, 10) < 0) {
        perror("listen failed");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int epfd = epoll_create1(0);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    ev.data.fd = sockfd;
    ev.events = EPOLLIN;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: listen_sock");
        close(sockfd);
        close(epfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while (1) {
        int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_wait");
            break;
        }

        for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
            if (events[i].data.fd == sockfd) {
                socklen_t len = sizeof(cliaddr);
                connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
                if (connfd == -1) {
                    perror("accept");
                    continue;
                }

                ev.data.fd = connfd;
                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: conn_sock");
                    close(connfd);
                }
            } else {
                int clientfd = events[i].data.fd;
                char buffer[BUFFER_SIZE];
                ssize_t read_bytes = recv(clientfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
                if (read_bytes <= 0) {
                    if (read_bytes == 0) {
                        printf("Client disconnected\n");
                    } else {
                        perror("recv");
                    }
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, clientfd, NULL);
                    close(clientfd);
                } else {
                    buffer[read_bytes] = '\0';
                    printf("Received: %s\n", buffer);
                    // 处理业务逻辑，这里简单回显
                    send(clientfd, buffer, read_bytes, 0);
                }
            }
        }
    }

    close(sockfd);
    close(epfd);
    return 0;
}

上述代码首先创建了一个TCP套接字并绑定监听端口。然后通过epoll_create1创建epoll实例，将监听套接字添加到epoll实例中进行监视读事件。在epoll_wait的循环中，当有事件发生时，判断是新连接到来还是已有连接有数据可读。对于新连接，将其加入epoll监视；对于已有连接，读取数据并处理（这里简单回显）。如果连接关闭或读取错误，则从epoll中删除该连接并关闭套接字。

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面试题：C语言socket编程中的并发处理

知识考点

面试题答案

epoll实现原理

关键代码片段