Linux 多线程并发Socket服务端的实现( 11 ) -【Linux通信架构系列 】

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一、Linux线程的介绍

• （1）头文件
  #include < pthread.h >

• （2）创建线函数
  int pthread_create( pthread_t * restrict thread, const pthread_attr_t * restrict attr, void* (* start_routine)(void *), void * restrict arg );
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – thread : 保存新创建线程ID的变量地址。区分不同线程；
  – attr : 用于传递线程属性的参数，传递NULL时，创建默认属性的线程；
  – start_routine : 相当于线程main函数的、在单独执行流中执行的函数的地址值（函数指针）；
  – arg : 通过第三个函数传递调用函数时包含传递参数信息的变量地址值。
  调用pthread_join函数 - 与之聚合（等待线程终止）
  int pthread_join(pthread_t thread, void ** status);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – thread : 该参数值ID的线程终止后才会从该函数返回；
  – status : 保存线程的main函数返回值的指针变量地址值。
  调用pthread_detach函数 - 与之分离
  int pthread_detach(pthread_t thread);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – thread 终止的同时需要销毁的线程ID。

• （3）互斥量
  int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutex * attr);
  int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t * mutex);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – mutex 创建互斥量时传递保存互斥量的变量地址值，销毁时传递需要销毁的互斥量的地址值；
  – attr 传递即将创建的互斥量属性，没有特别需要指定的属性时传递NULL。
  int pthread_mutex_lock(pthred_mutex_t * mutex);
  int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  互斥量锁。

• （4）信号量
  #include< semaphore.h >
  int sem_init (sem_t * sem, int pshared, unsigned int value);
  int sem_destroy (sem_t * sem);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – sem :创建信号时传递保存信号量的变量的地址值，销毁时传递需要销毁的信号量变量地址值；
  – pshared :传递其他值时，创建可由多个进程共享的信号量；传递0时，创建只允许1个进程内部使用的信号量；
  – value :指定新创建信号量的初始值。
  int sem_post (sem_t * sem);
  int sem_wait (sem_t * sem);
  成功时返回0，失败时返回其他值。
  – sem :传递保存信号量读取值的变量地址值，传递给sem_post时信号量增1，传递给sem_wait时信号量减1,信号值不能小于0，因此，在信号量为0的时候调用sem_wait函数时，线程进入阻塞状态。

二、多线程并发服务端的实现

如下介绍是多个客户端之间可以交换信息的简单的聊天程序（不是严格的商业代码）。

chart_server.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define BUF_SIZE 100
#define MAX_CLNT 256void * handle_clnt(void * arg);
void send_msg(char * msg, int len);
void error_handling(char * msg);
int clnt_cnt = 0;
int clnt_socks[MAX_CLNT];
pthread_mutex_t mutex;int main(int argc, char *argv[])
{//用来管理接入的客户端套接字的变量和数组。访问这两个变量的代码将构成临界区int serv_sock, clnt_sock; struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;int clnt_adr_sz;pthread_t t_id;if(argc != 2){printf("Usage : %s <port> \n", argv[0]);exit(1);}pthread_mutex_init(&mutex, NULL);serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));serv_adr.sin_family = AF_INET;serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));if(bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)error_handling("bind() error");if(listen(serv_sock, 5) == -1)error_handling("listen() error");while(1){clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);pthread_mutex_lock(&mutex);//每当有新的连接时，将相关信息写入变量clnt_cnt和clnt_socksclnt_socks[clnt_cnt++] = clnt_sock;pthread_mutex_unlock(&mutex);//创建线程向新连入的客户端提供服务pthread_create(&t_id, NULL, handle_clnt, (void*)&clnt_sock);//调用pthread_detach函数从内存中完全销毁已终止的线程pthread_detach(t_id);printf("Connected client IP: %s \n", inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr));}close(serv_sock);return 0;
}void * handle_clnt(void * arg)
{int clnt_sock = *((int*)arg);int str_len = 0, i;char msg[BUF_SIZE];while((str_len = read(clnt_sock, msg, sizeof(msg))) != 0)send_msg(msg, str_len);pthread_mutex_lock(&mutex);for(i = 0; i < clnt_cnt; i++) //remove disconnected client{if(clnt_sock == clnt_socks[i]){while(i++ < clnt_cnt - 1)clnt_socks[i] = clnt_socks[i + 1];break;}}clnt_cnt--;pthread_mutex_unlock(&mutex);close(clnt_sock);return NULL;
}//该函数负责向所有客户端发送消息
void send_msg(char *msg, int len) // send to all
{int i;pthread_mutex_lock(&mutex);for(i = 0; i < clnt_cnt; i++)write(clnt_socks[i], msg, len);pthread_mutex_unlock(&mutex);
}void error_handling(char *msg)
{fputs(msg, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

chat_clnt.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define BUF_SIZE 100
#define NAME_SIZE 20void * send_msg(void *arg);
void * recv_msg(void *arg);
void error_handling(char *msg);char name[NAME_SIZE] = "[DEFAULT]";
char msg[BUF_SIZE];int main(int argc, char *argv[])
{int sock;struct sockaddr_in serv_addr;pthread_t snd_thread, rcv_thread;void *thread_return;if(argc != 4){printf("Usage : %s <IP> <port> <name> \n", argv[0]);exit(1);}sprintf(name, "[%s]", argv[3]);sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));if(connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)error_handling("connect() error");pthread_create(&snd_thread, NULL, send_msg, (void *)&sock);pthread_create(&rcv_thread, NULL, recv_msg, (void *)&sock);pthread_join(snd_thread, &thread_return);pthread_join(rcv_thread, &thread_return);close(sock);return 0;
}void *send_msg(void *arg) //send thread main
{int sock = *((int *)arg);char name_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];while(1){fgets(msg, BUF_SIZE, stdin);if(!strcmp(msg, "q\n") || !strcmp(msg, "Q\n")){close(sock);exit(0);}sprintf(name_msg, "%s %s", name, msg);write(sock, name_msg, strlen(name_msg));}return NULL;
}void *recv_msg(void * arg) //read thread main
{int sock = *((int *) arg);char name_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];int str_len;while(1){str_len = read(sock, name_msg, NAME_SIZE + BUF_SIZE - 1);if(str_len == -1)return (void *) - 1;name_msg[str_len] = 0;fputs(name_msg, stdout);}return NULL;
}void error_handling(char *msg)
{fputs(msg, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

运行结果如下：

图1_1 聊天室运行结果