基于Client/Server模式的進程通信實現研究

蔡坤琪，趙安學，邢潔清*

（1.瓊臺師范學院 信息科學技術學院，海南 海口 571100；2.瓊臺師范學院 教育大數據與人工智能研究所，海南 海口 571100）

1 Client/Server模式

在計算機網絡中，網絡主機除了要給本地用戶提供服務，還要給網絡的其他主機的用戶提供服務。為遠程計算機提供服務的進程被稱為Server進程，本地計算機請求服務并發起本次進程通信的進程被稱為Client進程。當客戶端進程發出服務請求時，遠程服務器進程會響應該客戶端請求，并提供進程間通信的一種模式，被稱為客戶端/服務器模式。

2 采用Client/Server模式的理由[1]

在TCP/IP網絡應用中，通信的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶機/服務器模式（Client/Server），采用Client/ Server模式的理由主要有以下幾點。

2.1 網絡資源分布不均

互聯網資源分布具有不均勻性。

2.1.1 硬件

網絡中主機系統類型的作用和能力等各方面差異很大。主機設備可以是某臺大型的電腦高配置的服務器，也可以是一臺個人電腦，甚至是一個PDA或是一個家電。

2.1.2 軟件

由于所屬權管理與運行環境等方面的原因，應用軟件都是安裝在客戶端主機系統中，用戶可以訪問網絡，注冊成合法用戶，然后提出和完成計算任務。

2.2 網絡環境中進程通信的異步性

在互聯網環境中，進程通信具有異步性。不同結點分布在不同網絡空間，結點系統中的進程不時發出通信請求，希望和某臺主機的某個進程通信。

該模式不存在統一調度與協調的高層操作系統。

Client/ Server模式的工作實質是“請求驅動”。毎次通信由Client進程隨機發起。

3 Client/Server進程通信實現

3.1 Server對并發請求的處理能力

在互聯網中，Server必須要有處理并發請求的能力。在同一個時點，可能有多個Client進程向一個Server發出服務請求。

解決服務器處理并發請求的方案基本上有以下兩種：一是采用并發服務器的方法；二是采用重復服務器的方法。

服務器并發的核心是服務器的守護程序（Daemon），系統啟動的時候隨之啟動。在沒有Client的服務請求到達時，并發Server處于等待狀態。

當客戶端服務請求到達時，服務器端根據客戶端的服務請求的進程激活相應的子進程，該子進程為客戶端提供服務，服務器返回等待狀態。

服務器必須具有在整個網絡中眾所周知的進程地址。互聯網中的Client進程可以根據Server進程的熟知地址，向Server提出服務請求。在實現進程通信的過程中，Client與 Server進程分別形成自己的半相關的三元組，然后Client根據Server進程的熟知進程地址建立相關的五元組。

重復服務器通過設置請求隊列來存儲客戶端的服務請求。服務器采用先到先得的原則，依次處理客戶的服務請求。

并發 Server適應于面向連接的服務類型，而重復 Server適應于無連接的服務類型。

3.2 UNIX進程通信實現方法

BSD UNIX更直觀地解釋網絡環境中進程通信的實現方法。

3.2.1 socket的基本概念

套接字是中間件抽象層，用于在應用程序層和TCP/IP協議套件之間的通信。它是一組接口。socket將復雜的TCP/IP協議系列隱藏在socket接口后面。用戶擁有了一套簡單的接口，從而使socket可以組織數據，遵守指定的協議。

3.2.2 套接字通信機制

套接字允許位于不同計算機上的互聯進程執行通信功能。使用套接字可在特定計算機上標記和定位特定進程的地址，以便可以將數據準確地傳輸到目標進程。套接字包含3個參數：通信目標IP地址、傳輸層協議（TCP或UDP）和端口號。IP地址用于標識目標計算機，端口號用于標識目標計算機上的特定進程。套接字之間的連接分為3個階段：監視服務器、請求客戶端和確認連接[2]。

3.3 UNIX socket調用

對于UNIX系統，socket調用是網絡的輸入/輸出。

3.3.1 創建socket—socket()

應用程序在使用socket之前必須首先擁有一個socket號。這就相當于用戶在安裝電話時首先要向電話局申請一個電話號碼。

socket()向應用程序提供創建socket的手段，socket()調用的格式是：

Socketid=socket (af, type, protocol)

返回的Socketid值是一個整數，申請一個屬于自己此次進程通信的socket號，創建socket，實際上是申請1個屬于自己此次進程通信的socket號，socket()一共有以下3個參數：①地址族(address family af)；②類型type；③協議protocol。它們分別代表socket使用的地址類型，創建socket的應用程序所希望的通信服務類型以及socket請求使用的協議。

3.3.2 指定本地地址—bind()

創建socket()并且調用，是完成socket通信創建的第一步。它僅在相關的五元組中指定協議，并且bind()系統調用會給出本地地址和本地端口。

bind()系統調用的格式是：bind(socketid,localaddr,addr elen)

其中，Socketid是本地的socket號；localaddr是本地地址，在TCP/IP族中它就是本地主機的IP地址；addrelen對應于IP地址長度。

3.3.3 建立套接字連接connect()和accept()

accept()和connect()調用終止兩個關聯的連接。其中，connect()用于建立連接。連接在這里有兩種含義，一種是在兩個socket之間進行通信，另一種是在傳輸層建立連接。例如，TCP的connect()連接調用主要用于面向連接的傳輸服務，而accept()調用用于面向連接的傳輸服務。無連接socket進程可以調用connect()。但是，此時本地系統和遠程系統之間沒有真正的連接，它實際上通知操作系統，它將指定的套接字數據發送到此套接字。

3.3.4 接收socket連接—listen()

listen()調用是用于面向連接Server，它表示同意接受連接。

listen()調用格式是：listen(socketid,quelen)

其中，Socketid是本地socket號，表示Server可以在此socket號上接受服務請求，quelen表示請求的隊列長度。

3.3.5 發送數據write()writev()與send()sendto()sendmsg()

用于面向連接傳輸write()writev()send()調用的格式比較一致，例如：

緩沖發送：write(socketid，buffbuffon)

集中發送：writev(socketid，iovecor，vectorlen)

可控緩沖發送：send(socketid，buff，buffer，flags)

3.3.6 接收數據read()readv()與recvfrom()recvmsg()

接收數據調用read()ready()與recvfrom()recvmsg()和發送數據調用是對應的。不同之處在于，發送數據調用的Buff是指針，而接收數據調用中的Buff是實際讀出的值。

4 結語

Client/Server模式直至今天仍然有其自身的優勢，這種應用程序體系結構仍將長期存在。學習和了解這種模式，有助于人們理解Client/Server模式，對基于這種模式的應用程序開發和服務的搭建都很有益處。