【C语言】多进程/多线程

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多进程/多线程服务器

  多进程和多线程是常用的并发编程技术。它们都允许程序同时执行多个任务，提高了系统的资源利用率和程序的运行效率。

1. 多进程服务器

  多进程是指在操作系统中同时运行多个独立的进程。每个进程都有自己独立的地址空间和资源，进程间的通信通过操作系统提供的进程间通信机制进行。多进程可以充分利用多核处理器的优势，提高系统的整体性能。然而，进程间的切换会引入较大的开销，并且需要较高的内存开销。

  服务器使用 fork 创建子进程来和客户端进行通信，父进程负责取出连接请求。

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <arpa/inet.h>// 信号处理函数
void waitchild(int signo)
{pid_t wpid;while (1){wpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);if (wpid > 0){printf("child exit, wpid==[%d]\n", wpid);}else if (wpid == 0 || wpid == -1){break;}}
}int main()
{// 阻塞SIGCHLD信号sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGCHLD);sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);int sigbol = 1;int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 设置端口复用int opt = 1;setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(int));struct sockaddr_in soaddr;bzero(&soaddr, sizeof(soaddr));soaddr.sin_family = AF_INET;soaddr.sin_port = htons(9999);soaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bind(sfd, (struct sockaddr *)&soaddr, sizeof(soaddr));//监听-listenlisten(sfd, 128);struct sockaddr_in clientsocket;socklen_t clilen;char sIP[16];while (1){clilen = sizeof(clientsocket);bzero(&clientsocket, clilen);int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&clientsocket, &clilen);/* */int pid = fork();if (pid == 0){// 子进程close(sfd);char buff[64];printf("current pid is [%d],father is [%d]\n", getpid(), getppid());while (1){memset(buff, 0x00, sizeof(buff));int n = read(cfd, buff, sizeof(buff));if (n == 0){return 0;}else if (n < 0){perror("child read error");return -1;}printf("child [%d] recv data from [%s:%d]:[%s]\n", getpid(), inet_ntop(AF_INET, &clientsocket.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(clientsocket.sin_port), buff);for (int i = 0; i < n; i++){buff[i] = toupper(buff[i]);}n = Write(cfd, buff, n);if (n <= 0){perror("child write error");return -1;}}}else if (pid > 0){// 父进程close(cfd);//假如是初次fork子进程，那么才注册信号处理函数if (sigbol == 1){sigbol = 0;// 注册SIGCHLD信号处理函数struct sigaction act;act.sa_handler = waitchild;act.sa_flags = 0;sigemptyset(&act.sa_mask);sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);// 解除对SIGCHLD信号的阻塞sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL);}//循环等待下一个连接请求的到来continue;}else{perror("fork error");close(sfd);return -1;}}return 0;
}

2. 多线程服务器

  多线程是指在同一个进程中同时运行多个独立的线程。与进程不同，线程共享同一个地址空间和资源，可以通过共享内存等方式进行线程间的通信。多线程可以减少线程间的切换开销和内存开销，提高系统的响应速度和资源利用率。然而，多线程编程需要考虑线程安全问题，需要使用线程同步技术来保证共享资源的正确访问。

  主线程创建子线程，用子进程和客户端通信。

#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>typedef struct info
{int cfd; // 若为-1表示可用, 大于0表示已被占用int idx;pthread_t thread;          // 由pthread_create 返回struct sockaddr_in client; // 由accept 返回
} INFO;INFO thInfo[1024];void initThreadArr()
{for (int i = 0; i < 1024; i++){bzero(&thInfo[i],sizeof(thInfo[i]));thInfo[i].cfd = -1;}
}int findIndex()
{int i;for (i = 0; i < 1024; i++){if (thInfo[i].cfd == -1){return i;}}//if (i == 1024)//{//    return -1;//}return -1;
}void *threadFunc(void *arg)
{INFO *curthread = (INFO *)arg;char sIP[16];printf("current thread id [%ld],arr index is [%d],cfd is [%d],client ip is [%s:%d]\n", pthread_self(), curthread->idx, curthread->cfd, inet_ntop(AF_INET, &curthread->client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(curthread->client.sin_port));char buff[64];while (1){memset(buff, 0x00, sizeof(buff));int n = read(curthread->cfd, buff, sizeof(buff));if (n == 0){bzero(&thInfo[curthread->idx],sizeof(thInfo[curthread->idx]));thInfo[thInfo->idx].cfd = -1;return 0;}else if (n < 0){bzero(&thInfo[curthread->idx],sizeof(thInfo[curthread->idx]));thInfo[thInfo->idx].cfd = -1;perror("child read error");return 0;}printf("child thread [%ld] recv data from [%s:%d]:[%s]\n", pthread_self(), inet_ntop(AF_INET, &curthread->client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(curthread->client.sin_port), buff);for (int i = 0; i < n; i++){buff[i] = toupper(buff[i]);}n = write(curthread->cfd, buff, n);if (n <= 0){bzero(&thInfo[curthread->idx],sizeof(thInfo[curthread->idx]));thInfo[thInfo->idx].cfd = -1;perror("child write error");return 0;}}
}int main()
{initThreadArr();int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 设置端口复用int opt = 1;setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(int));struct sockaddr_in soaddr;bzero(&soaddr, sizeof(soaddr));soaddr.sin_family = AF_INET;soaddr.sin_port = htons(9999);soaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bind(sfd, (struct sockaddr *)&soaddr, sizeof(soaddr));// 监听-listenlisten(sfd, 128);struct sockaddr_in clientsocket;socklen_t clilen;int cfd;int index;int ret;while (1){index = -1;clilen = sizeof(clientsocket);bzero(&clientsocket, clilen);cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&clientsocket, &clilen);// 从线程数组中找一个可以用的index = findIndex();thInfo[index].idx = index;thInfo[index].client = clientsocket;thInfo[index].cfd = cfd;// 创建线程ret = pthread_create(&thInfo[index].thread, NULL, threadFunc, &thInfo[index]);if (ret != 0){printf("create thread error:[%s]\n", strerror(ret));exit(-1);}// 设置子线程为分离属性pthread_detach(thInfo[index].thread);}Close(sfd);return 0;
}

结语

  多进程和多线程的选择取决于具体的应用场景。如果任务之间需要较高的隔离度，或者需要充分利用多核处理器的优势，可以选择多进程。如果任务之间需要较低的切换开销和内存开销，或者需要提高系统的响应速度和资源利用率，可以选择多线程。

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