Linux系统编程—多线程服务器

与多进程相同,采用多线程也能实现并发服务器,并且由于线程的系统开销小、切换时
间短,对于需处理大量客户的服务器而言有更大优势。实现多线程并发服务器的基本过程是:当连接建立后,服务器调用pthread_create()函数产生新的线程,由新线程处理客户请求,同时主线程等待另一客户的连接请求。

其结构比多进程服务器更简单。因为所有的线程共享打开的描述符,主线程不能关闭连接套接字,新线程也不能关闭监听套接字。任何一个线程关闭连接套接字,都将导致关闭该连接。

给新线程传递参数

传递参数给一新线程并不只是函数的参数传递问题,需要考虑线程的特点。

1、传递参数的普通方法
首先,用于线程产生的pthread_create()函数只能允许传递执行函数的一个参数。所以当需要传递多个数据时,应将这些数据封装在一个结构中,再将该结构传递给执行函数。

这种方式处理一个客户是可以正常工作的,但同时处理多个客户,则无法工作。其原因在于,传递给执行函数的参数是以指针形式传递的。即变量arg是所有线程共用的。假设新线程A正在处理客户A请求,而主线程又接收了另一客户B的连接,主线程将修改arg内容,这时,线程A从arg所获得的信息实际上是客户B的。由此看出,问题的关键在于,每个新线程如何在主线程修改arg之前获得一份arg的拷贝。

2、通过指针传递参数
在C语言中,传递给函数的参数是被拷贝到函数的执行堆栈中。可利用这个特点使新线程获得参数拷贝。主线程将要传递的数据转换成通用指针类型,然后传递给新线程,新线程再将接收的参数转换成原数据类型。

由于执行函数的参数类型被限定为指针类型,因为,arg类型必须要能正确地转换成通用指针类型。为保证这一点,arg的字节长度必须小于或等于通用指针类型的长度。这样可传递的数据很少,而且取决于系统的实现(不同系统有不同的类型长度)。由此可见,这种方法虽然简单,但却有很大的局限性,而且易发生错误。

3、通过分配arg的空间传递参数
另一方法是,主线程为每个新线程分配存储arg的空间,再将arg传递给新线程,新线程使用完后释放arg空间。

还可以让新线程拷贝arg,但必须保证主线程在新进程拷贝完成后,主线程才修改arg内容。这要采用线程同步技术,较为复杂且不实用。

多线程并发服务器实例

#include <stdio.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#define PORT 1234
#define BACKLOG 5
#define MAXDATASIZE 1000

void process_cli(int connectfd, struct sockaddr_in client);
void* start_routine(void* arg);

struct  ARG  {
    int connfd;
    struct sockaddr_in client;
};

main()
{
    int sockfd, connectfd;
    pthread_t  thread;
    struct ARG *arg;
    struct sockaddr_in server;
    struct sockaddr_in client;

    /* Create TCP socket */
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("Creating socket failed.");
        exit(1);
    }

    int opt = SO_REUSEADDR;
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

    bzero(&server,sizeof(server));
    server.sin_family=AF_INET;
    server.sin_port=htons(PORT);
    server.sin_addr.s_addr = htonl (INADDR_ANY);

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("Bind error.");
        exit(1);
    }
    if(listen(sockfd,BACKLOG) == -1){
        perror("listen() error\n");
        exit(1);
    }

    int sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1)
    {
        /* Accept connection */
        if ((connectfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client,&sin_size))==-1) {
            perror("accept() error\n");
            exit(1);
        }

        /*  Create thread*/
        arg = malloc(sizeof(struct ARG));
        arg->connfd = connectfd;
        memcpy((void *)&arg->client, &client, sizeof(client));

        if (pthread_create(&thread, NULL, start_routine, (void*)arg)) {
            perror("Pthread_create() error");
            exit(1);
        }
    }
    close(sockfd);
}

void process_cli(int connectfd, struct sockaddr_in client)
{
    int num;
    char recvbuf[MAXDATASIZE], sendbuf[MAXDATASIZE], cli_name[MAXDATASIZE];
    printf("You got a connection from %s.",inet_ntoa(client.sin_addr) );
    /* Get client's name from client */
    num = recv(connectfd, cli_name, MAXDATASIZE,0);
    if (num == 0) {
        close(connectfd);
        printf("Client disconnected.\n");
        return;
    }
    cli_name[num - 1] = '\0';
    printf("Client's name is %s.\n",cli_name);
    while (num = recv(connectfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) {
        recvbuf[num] = '\0';
        printf("Received client( %s ) message: %s",cli_name, recvbuf);
        for (int i = 0; i < num - 1; i++) {
            sendbuf[i] = recvbuf[num - i -2];
        }
        sendbuf[num - 1] = '\0';
        send(connectfd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);
    }
    close(connectfd);
}
void* start_routine(void* arg)
{
    struct ARG *info;
    info = (struct ARG *)arg;

    /* handle client’s requirement */
    process_cli(info->connfd, info->client);
    free(arg);
    pthread_exit(NULL);
}

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