3. 多进程并发服务器

任务说明

本案例实现一个基于fork()的多进程并发回显服务器。服务器监听TCP端口，每接受一个客户端连接即创建子进程处理该连接上的数据回显，父进程继续等待新连接。客户端发送任意文本，服务器原样返回。

核心实现

// echo_server_fork.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024

// 回收子进程，防止僵尸进程
void sigchld_handler(int sig) {
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main() {
    int listen_fd, conn_fd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t n;

    // 创建监听socket
    listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    // 设置端口复用，便于快速重启
    int opt = 1;
    setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

    // 绑定地址
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(listen_fd);
        exit(1);
    }

    // 监听
    if (listen(listen_fd, 10) < 0) {
        perror("listen");
        close(listen_fd);
        exit(1);
    }

    // 注册SIGCHLD信号处理，回收子进程
    signal(SIGCHLD, sigchld_handler);

    printf("Echo server listening on port %d (PID=%d)\n", PORT, getpid());

    while (1) {
        conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        if (conn_fd < 0) {
            perror("accept");
            continue;
        }

        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("fork");
            close(conn_fd);
            continue;
        }

        if (pid == 0) {
            // 子进程：处理该连接
            close(listen_fd);  // 子进程不需要监听socket
            char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
            inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, INET_ADDRSTRLEN);
            printf("[Child %d] serving client %s:%d\n",
                   getpid(), client_ip, ntohs(client_addr.sin_port));

            while ((n = read(conn_fd, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {
                write(conn_fd, buffer, n);  // 原样回显
            }

            close(conn_fd);
            printf("[Child %d] client disconnected\n", getpid());
            exit(0);
        } else {
            // 父进程：关闭已连接的socket，继续accept
            close(conn_fd);
        }
    }

    close(listen_fd);
    return 0;
}

编译与运行

# 编译
gcc -o echo_server_fork echo_server_fork.c

# 运行服务器
./echo_server_fork

# 另开终端，启动多个客户端测试
telnet 127.0.0.1 8888
# 或使用 nc
nc 127.0.0.1 8888

验证方法

启动服务器后，依次打开两个或更多终端，分别用nc 127.0.0.1 8888连接服务器。在每个客户端中输入任意文本（如hello），观察是否立即收到相同内容的回显。同时查看服务器终端输出，应看到每个客户端连接对应不同的子进程PID，且各客户端之间的通信互不干扰——一个客户端断开不影响其他客户端的回显服务。

关键说明

• 并发模型：每个客户端连接由独立的子进程处理，子进程之间互不影响。父进程只负责accept()和fork()，不参与数据收发。
• 文件描述符：fork()后子进程继承父进程的listen_fd和conn_fd。子进程必须关闭listen_fd，父进程必须关闭conn_fd，否则连接不会真正释放。
• 僵尸进程回收：通过SIGCHLD信号处理器调用waitpid()回收子进程，避免僵尸进程积累。
• 验证判定标准：多个客户端同时连接均能获得独立回显；服务器终端显示不同子进程PID；关闭任一客户端不影响其他客户端连接。