Простой эхо-сервер

Эхо-сервер принимает TCP-соединения и отправляет обратно все байты, которые присылает клиент. Это «Hello, world!» сетевого программирования.

Мы создадим его на основе epoll, чтобы один поток одновременно обслуживал множество клиентов. Компоненты таковы: сокет, принимающий соединения, цикл epoll и обработка каждого клиента по схеме «прочитать, затем записать».

Начните с socket() для конечной точки IPv4 TCP. Тройка параметров такова: AF_INET, SOCK_STREAM и протокол 0.

Функция возвращает файловый дескриптор, который мы привяжем к адресу, переведём в неблокирующий режим и в итоге зарегистрируем в epoll. Проверяйте значение -1 после каждого системного вызова.

Перед привязкой установите SO_REUSEADDR с помощью setsockopt(). Это позволит серверу перезапуститься и снова привязаться к тому же порту, не дожидаясь завершения состояния TIME_WAIT.

Без этого быстрый перезапуск часто завершается ошибкой EADDRINUSE, что особенно неприятно во время разработки.

Заполните struct sockaddr_in, указав семейство, порт и адрес. Для порта используйте htons(), а для прослушивания всех интерфейсов — INADDR_ANY.

Затем вызовите bind(), чтобы привязать сокет к этому адресу. htons преобразует порядок байтов хоста в сетевой порядок байтов, что необходимо.

Вызовите listen(), чтобы перевести сокет в пассивный режим и задать очередь ожидающих соединений. Значение SOMAXCONN запрашивает максимальный размер, поддерживаемый системой.

Затем переведите сокет в неблокирующий режим, чтобы accept() никогда не приостанавливал цикл обработки событий. Теперь сокет готов к регистрации в epoll.

Создайте экземпляр epoll и добавьте сокет, принимающий соединения, с флагом EPOLLIN. Событие готовности к чтению здесь означает, что ожидает новый клиент.

Мы сохраняем дескриптор в data.fd, чтобы распознать этот сокет внутри цикла.

Когда сокет, принимающий соединения, готов к чтению, выполняйте accept() в цикле до получения EAGAIN. Каждый новый клиентский сокет переводится в неблокирующий режим и регистрируется для EPOLLIN.

С этого момента epoll будет сообщать нам, когда клиент отправит данные, которые можно вернуть ему обратно.

Для готового клиентского сокета выполните recv() в буфер. Если получены байты, сразу отправьте те же байты обратно с помощью send().

Это простая схема «прочитать, затем записать» и есть эхо-ответ. В рабочем приложении следовало бы буферизовать неотправленные байты, но в демонстрационном примере мы предполагаем, что небольшой ответ помещается в буфер отправки.

Возвращаемое recv() значение 0 означает, что клиент корректно завершил соединение. Отрицательное значение с любым кодом, кроме EAGAIN, означает настоящую ошибку.

В обоих случаях удалите дескриптор из epoll и вызовите для него close(), чтобы освободить ресурсы и прекратить получение дальнейших событий.

Объедините компоненты: ожидайте события, определяйте, принадлежит ли дескриптор сокету, принимающему соединения, или клиенту, и выполняйте соответствующую обработку.

Этот компактный цикл представляет собой полностью работоспособный параллельный эхо-сервер. Один поток, множество клиентов, отдельные потоки для соединений не нужны.

Скомпилируйте программу в Linux и подключитесь с помощью nc localhost 8080: всё, что Вы введёте, вернётся обратно. Откройте несколько терминалов, чтобы убедиться в параллельной обработке.

Чтобы сделать сервер надёжнее, буферизуйте частично отправленные данные, обрабатывайте EPOLLOUT, переключитесь на EPOLLET с полным чтением данных и обрабатывайте EPOLLRDHUP при частичном закрытии соединения.

Вы создали эхо-сервер на основе epoll: создали сокет, установили SO_REUSEADDR, привязали его, перевели в режим прослушивания и сделали неблокирующим. Зарегистрировали серверный сокет, принимали клиентов в цикле и отправляли им обратно полученные данные с помощью recv()/send().

Обрабатывайте возврат 0 как отключение и корректно закрывайте соединение. На основе этого каркаса можно создать высокопроизводительный однопоточный сетевой сервер.