TCP/IP 迭代服務器通信軟件設計：基於消息隊列的三進程架構詳解

背景：並發 vs 迭代服務器

• 並發服務器：守護進程監聽，fork 子進程處理每個連接。缺點：客戶機多時子進程數爆炸，拖垮效率。
• 傳統迭代服務器：串行處理連接，無子進程開銷。缺點：每次通信前需建連，開銷大，不適合隨機數據/繁忙業務。

新型迭代服務器優勢

僅用 三個進程 即可與所有客戶機建立並持久保持連接，兼具低進程開銷與隨機訪問能力，適合客戶機多、業務繁忙場景。

連接建立流程

1. 首個客戶機請求連接 → 守護進程建立初始連接 L0。
2. 客戶機發送兩個端口號，守護進程將 IP+端口登記到共享內存，關閉 L0。
3. 守護進程 fork 兩個通信子進程，從共享內存讀取客戶機信息，分別建立 L1（讀連接）和 L2（寫連接），將 socket handle 存入共享內存。
4. 後續客戶機請求：守護進程僅登記信息到共享內存，不再創建子進程。
5. 通信子進程大循環：
     a. 掃描共享內存新記錄 → 建立新連接。
     b. 輪詢所有 L1 讀 socket，有數據則讀取並標記來源記錄號。
     c. 另一子進程根據記錄號從共享內存取對應 L2 寫 socket，發送響應。

守護進程核心代碼片段

struct servent *sp;
struct sockaddr_in peeraddr_in, myaddr_in;
linkf = 0;
sp = getservbyname("tcp_server", "tcp");
ls = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
myaddr_in.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
myaddr_in.sin_port = sp->s_port;
bind(ls, &myaddr_in, sizeof(struct sockaddr_in));
listen(ls, 5);
qid3 = msgget(MSGKEY3, 0x1ff);
qid4 = msgget(MSGKEY4, 0x1ff);
signal(SIGCLD, SIG_IGN);  // 避免僵屍進程
setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &linger, sizeof(linger)); // 避免 TIME_WAIT
setpgrp();
switch(fork()) {
    case -1: exit(1);
    case 0:  // Daemon
        for(;;) {
            s = accept(ls, &peeraddr_in, &addrlen);
            setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &linger, lingerlen);
            server();  // 處理初始連接登記
            close(s);
        }
    default:
        fprintf(stderr, "初始進程退出，守護進程監聽中...\n");
}

關鍵設計點

• 消息隊列（msgget）實現進程間共享內存索引。
• SO_LINGER 置 0 避免 TIME_WAIT 狀態積壓端口。
• SIGCLD 忽略防止子進程成僵屍。
• 服務器需在 /etc/services 登記公用端口：tcp_server 2000/tcp。