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Linux服务器 中的 Linux系统下实现多线程客户/服务器

出处:互联网   整理: 软晨网（RuanChen.com）   发布: 2009-10-18   浏览: 74 ::
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在传统的Unix模型中，当一个进程需要由另一个实体执行某件事时，该进程派生（fork）一个子进程，让子进程去进行处理。Unix下的大多数网络服务器程序都是这么编写的，即父进程接受连接，派生子进程，子进程处理与客户的交互。虽然这种模型很多年来使用得很好，但是fork时有一些问题：1.fork是昂贵的。内存映像要从父进程拷贝到子进程，所有描述字要在子进程中复制等等。目前有的Unix实现使用一种叫做写时拷贝（copy－on－write）的技术，可避免父进程数据空间向子进程的拷贝。尽管有这种优化技术，fork仍然是昂贵的。2.fork子进程后，需要用进程间通信（IPC）在父子进程之间传递信息。Fork之前的信息容易传递，因为子进程从一开始就有父进程数据空间及所有描述字的拷贝。但是从子进程返回信息给父进程需要做更多的工作。线程有助于解决这两个问题。线程有时被称为轻权进程（lightweightprocess），因为线程比进程“轻权”，一般来说，创建一个线程要比创建一个进程快10～100倍。一个进程中的所有线程共享相同的全局内存，这使得线程很容易共享信息，但是这种简易性也带来了同步问题。一个进程中的所有线程不仅共享全局变量，而且共享：进程指令、大多数数据、打开的文件（如描述字）、信号处理程序和信号处置、当前工作目录、用户ID和组ID。但是每个线程有自己的线程ID、寄存器集合（包括程序计数器和栈指针）、栈（用于存放局部变量和返回地址）、error、信号掩码、优先级。在Linux中线程编程符合Posix.1标准，称为Pthreads。所有的pthread函数都以pthread_开头。以下先讲述5个基本线程函数，在调用它们前均要包括pthread.h头文件。然后再给出用它们编写的一个TCP客户/服务器程序例子。第一个函数：
intpthread_create(pthread_t＊tid,constpthread_attr_t＊attr,void＊(＊func)(void＊),void＊arg)；
一个进程中的每个线程都由一个线程ID（threadID）标识，其数据类型是pthread_t（常常是unsignedint）。如果新的线程创建成功，其ID将通过tid指针返回。

每个线程都有很多属性：优先级、起始栈大小、是否应该是一个守护线程等等，当创建线程时，我们可通过初始化一个pthread_attr_t变量说明这些属性以覆盖缺省值。我们通常使用缺省值，在这种情况下，我们将attr参数说明为空指针。最后，当创建一个线程时，我们要说明一个它将执行的函数。线程以调用该函数开始，然后或者显式地终止（调用pthread_exit）或者隐式地终止（让该函数返回）。函数的地址由func参数指定，该函数的调用参数是一个指针arg，如果我们需要多个调用参数，我们必须将它们打包成一个结构，然后将其地址当作唯一的参数传递给起始函数。在func和arg的声明中，func函数取一个通用指针（void＊）参数，并返回一个通用指针（void＊），这就使得我们可以传递一个指针（指向任何我们想要指向的东西）给线程，由线程返回一个指针（同样指向任何我们想要指向的东西）。调用成功，返回0，出错时返回正Exxx值。Pthread函数不设置errno。第二个函数：
intpthread_join(pthread_ttid,void＊＊status);
该函数等待一个线程终止。把线程和进程相比，pthread_creat类似于fork，而pthread_join类似于waitpid。我们必须要等待线程的tid，很可惜，我们没有办法等待任意一个线程结束。如果status指针非空，线程的返回值（一个指向某个对象的指针）将存放在status指向的位置。第三个函数：
pthread_tpthread_self(void);
线程都有一个ID以在给定的进程内标识自己。线程ID由pthread_creat返回，我们可以pthread_self取得自己的线程ID。第四个函数：
intpthread_detach(pthread_ttid);
线程或者是可汇合的（joinable）或者是脱离的（detached）。当可汇合的线程终止时，其线程ID和退出状态将保留，直到另外一个线程调用pthread_join。脱离的线程则像守护进程：当它终止时，所有的资源都释放，我们不能等待它终止。如果一个线程需要知道另一个线程什么时候终止，最好保留第二个线程的可汇合性。Pthread_detach函数将指定的线程变为脱离的。该函数通常被想脱离自己的线程调用，如：pthread_detach(pthread_self());

第五个函数：
voidpthread_exit(void＊status);
该函数终止线程。如果线程未脱离，其线程ID和退出状态将一直保留到调用进程中的某个其他线程调用pthread_join函数。指针status不能指向局部于调用线程的对象，因为线程终止时这些对象也消失。有两种其他方法可使线程终止：1.启动线程的函数（pthread_creat的第3个参数）返回。既然该函数必须说明为返回一个void指针，该返回值便是线程的终止状态。2.如果进程的main函数返回或者任何线程调用了exit，进程将终止，线程将随之终止。以下给出一个使用线程的TCP回射客户/服务器的例子，完成的功能是客户端使用线程给服务器发从标准输入得到的字符，并在主线程中将从服务器端返回的字符显示到标准输出，服务器端将客户端发来的数据原样返回给客户端，每一个客户在服务器上对应一个线程。利用该程序框架，通过扩展客户端和服务器端的处理功能，可以完成多种基于多线程的客户机/服务器程序。该程序在RedHat6.0和TurboLinux4.02下调试通过。共用头文件如下：（head.h）
＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃include＃defineMAXLINE1024＃defineSERV_PORT8000＃defineLISTENQ1024staticintsockfd;staticFILE＊fp;
公用函数如下（common.c）:
/＊从一个描述字读文本行＊/ssize_treadline(intfd,void＊vptr,size_tmaxlen){ssize_tn,rc;charc,＊ptr;for(n=1;n0){if((nwritten=write(fd,ptr,nleft))<=0){if(errno==EINTR)nwritten=0;elsereturn(－1);}nleft－=nwritten;ptr＋＋=nwritten;}
客户端主程序如下：（client.c）
＃include“head.h";＃include“common.c";/＊在str_cli中定义的要被线程执行的函数＊/void＊copyto(void＊arg){charsendline[MAXLINE];while(fgets(sendline,MAXLINE,fp)!=NULL)writen(sockfd,sendline,strlen(sendline));shutdown(sockfd,SHUT_WR);return(NULL);}voidstr_cli(FILE＊fp_arg,intsockfd_arg){charrecvline[MAXLINE];pthread_ttid;sockfd=sockfd_arg;fp=fp_arg;pthread_creat(＆tid,NULL,copyto,NULL);while(readline(sockfd,recvline,MAXLINE)>0)----fputs(recvline,stdout);}intmain(intargc,char＊＊argv){intsockfd;structsockaddr_inservaddr;if(argc!=2)printf(“usage:tcpcli");exit(0);bzero(＆servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sinport=htons(SERV_PORT);inet_pton(AF_INET,argv[1],＆servaddr.sin_addr);connect(sockfd,(structsockaddr＊)＆servaddr,siziof(servaddr));str_cli(stdin,sockfd);exit(0);}

服务器端主程序如下：
＃include“head.h";＃include“common.c";voidstr_echo(intsockfd){ssize_tn;charline[MAXLINE];for(;;){if((n=readline(sockfd,line,MAXLINE))==0)return;writen(sockfd,line,n);}}staticvoid＊doit(void＊arg){pthread_detach(pthread_self());str_echo((int)arg);close((int)arg);return(NULL);}intmain(intargc,char＊＊argv){intlistenfd,connfd;socklen_taddrlen,len;structsockaddr_incliaddr,servaddr;pthread_ttid;listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bzero(＆servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port=SERV_PORT;bind(listenfd,(structsockaddr＊)＆servaddr,sizeof(servaddr));listen(listenfd,LISTENQ);addrlen=sizeof(cliaddr);cliaddr=malloc(addrlen);for(;;){len=addrlen;connfd=accept(listenfd,(structsockaddr＊)＆cliaddr,＆len);pthread_creat(＆tid,NULL,＆doit,(void＊)connfd);}}

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