多线程并发服务器编程

ゝ一纸荒年。 2022-08-05 12:16 313阅读 0赞

# 多线程并发服务器编程 #

**一、实验目的**

理解线程的创建和终止方法；

学会编写基本的多线程并发服务器程序和客户程序；

理解多线程与多进程的区别。

**二、实验平台**

ubuntu-8.04操作系统

**三、实验内容**

编写多线程并发服务器程序和客户程序，具体功能如下：

1、服务器等待接收客户的连接请求，一旦连接成功则显示客户地址，接着接收客户端的名称并显示；然后接收来自该客户的字符串，每当收到一个字符串时，显示该字符串，并将字符串按照恺撒密码的加密方式（K=3）进行加密，再将加密后的字符发回客户端；之后，继续等待接收该客户的信息，直到客户关闭连接。要求服务器具有同时处理多个客户请求的能力。

2、客户首先与相应的服务器建立连接；接着接收用户输入的客户端名称，并将其发送给服务器；然后继续接收用户输入的字符串，再将字符串发送给服务器，同时接收服务器发回的加密后的字符串并显示。之后，继续等待用户输入字符串，直到用户输入Ctrl+D，客户关闭连接并退出。

**四、实验原理**

多进程方式使用fork生成子进程存在一些问题。首先，fork占用大量的资源，内存映像要从父进程拷贝到子进程，所有描述符要在子进程中复制；其次，fork子进程后，需要用进程间通信在父进程和子进程间传递信息，从子进程返回信息给父进程需要做较多的工作。多线程有助于解决以上两个问题。

线程是进程内的独立执行实体和调度单元，又称为“轻量级”进程（lightwightprocess）；创建线程比进程快10~100倍。一个进程内的所有线程共享相同的内存空间、全局变量等信息（这种机制又带来了同步问题）。

**1****、****pthread\_create()****函数**

pthread\_create()函数用于创建新线程。当一个程序开始运行时，系统产生一个称为初始线程或主线程的单个线程，额外的线程需要由pthread\_create()函数创建。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px double #c0c0c0; padding:0in 0.08in"> ------------------------------------------------------------------- #include&lt;pthread.h&gt; intpthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr, void*(*func)(void *), void *arg); 返回：成功时为0；出错时非0 ------------------------------------------------------------------- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

新线程由线程id标识：tid，新线程的属性attr包括：优先级、初始栈大小、是否应该是守护线程等等。线程的执行函数和调用参数分别是：func和arg。

由于线程的执行函数的参数和返回值类型均为void\*，因此可传递和返回指向任何类型的指针。

常见的返回错误值：

EAGAIN：超过了系统线程数目的限制。

ENOMEN：没有足够的内存产生新的线程。

EINVAL：无效的属性attr值。

**2****、****pthread\_join()****函数**

pthread\_join()函数用于等待一个线程终止。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px double #c0c0c0; padding:0in 0.08in"> ------------------------------------------------------------------- #inlcude&lt;pthread.h&gt; intpthread_join(pthread_t tid, void **status); 返回：成功时为0；出错时返回正的错误码。 ------------------------------------------------------------------- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

该函数类似与waitpid函数，但必须指定等待线程的ID（由参数tid指定），该函数不能等待任意一个线程结束。

**3****、****pthread\_detach()****函数**

pthread\_detach()函数将指定的线程变成脱离的。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px double #c0c0c0; padding:0in 0.08in"> ------------------------------------------------------------------- #include&lt;pthread.h&gt; intpthread_detach(pthread_t tid) 返回：成功时为0；出错时返回错误码。 ------------------------------------------------------------------- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

线程或者是可汇合的（joinable）（默认），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，释放所有资源，我们不能等待它终止。

参数tid指定要设置为脱离的线程ID。

**4****、****pthread\_self()****函数**

每一个线程都有一个ID，pthread\_self()函数返回自己的线程ID。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px double #c0c0c0; padding:0in 0.08in"> ------------------------------------------------------------------- #include&lt;pthread.h&gt; pthread_tpthread_self(void); 返回：调用线程的线程id ------------------------------------------------------------------- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

线程可以通过如下语句将自己设置为可脱离的：

pthread\_detach（pthread\_self（））;

**5****、****pthread\_exit()****函数**

pthread\_exit()函数用于终止当前线程，并返回状态值。如果当前线程是可汇合的，将保留线程id和退出状态供pthread\_join（）函数调用。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px double #c0c0c0; padding:0in 0.08in"> ------------------------------------------------------------------- #include&lt;pthread.h&gt; void pthread_exit(void*status); 无返回值； ------------------------------------------------------------------- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

指针status：指向线程的退出状态。不能指向一个局部变量，因为线程终止时其所有的局部变量将被撤销。

还有其他两种方法可使线程终止：

（1）启动线程的函数pthread\_create()的第3个参数返回。其返回值便是线程的终止状态；

（2）如果进程的main()函数返回，或者当前进程中，任一线程调用了exit()函数，将终止该进程中所有线程。

**五、实验步骤**

1、登陆进入ubuntu操作系统，新建一个文件，命名为mthread\_server.c。

2、在mthread\_server.c中编写相应代码并保存，作为服务器端程序。客户端程序代码同mproc\_client.c一致。blog:http://blog.csdn.net/yueguanghaidao/article/details/7060350

3、打开一个“终端”，执行命令进入mthread\_server.c和mproc\_client.c所在目录。

4、执行命令gcc–omthread\_servermthread\_server.c\-lpthread生成可执行文件mthread\_server。

5、执行命令./mthread\_server，运行服务器端。

6、打开第2个“终端”，执行命令进入mthread\_server.c和mproc\_client.c所在目录。

7、执行命令./mproc\_client127.0.0.1，模拟客户1。

8、打开第3个“终端”，执行命令进入mthread\_server.c和mproc\_client.c所在目录。

9、执行命令./mproc\_client127.0.0.1，模拟客户2。

10、程序运行结果如下：

**服务器端：**

![0_1323654475PWYZ.gif][]

**客户****1****：**

**![0_1323654504W0sM.gif][]**

**客户****2****：**

**![0_1323654522K88A.gif][]**

11、在客户端按下Ctrl+D，关闭客户连接。

12、认真分析源代码，体会多线程并发服务器程序的编写。

**六、参考程序（**mthread\_server.c**）**

**\[cpp\]** [ view plain][view plain] [copy][view plain]

1. \#include <stdio.h>
2. \#include <stdlib.h>
3. \#include <string.h>
4. \#include <unistd.h>
5. \#include <sys/types.h>
6. \#include <sys/socket.h>
7. \#include <netinet/in.h>
8. \#include <arpa/inet.h>
9. \#include <pthread.h>
10. 
11. \#define PORT 1234
12. \#define BACKLOG 5
13. \#define MAXDATASIZE 1000
14. 
15. void process\_cli(int connfd, struct sockaddr\_in client);
16. void \*function(void\* arg);
17. struct ARG \{
18. int connfd;
19. struct sockaddr\_in client;
20. \};
21. 
22. main()
23. \{
24. int listenfd,connfd;
25. pthread\_t tid;
26. struct ARG \*arg;
27. struct sockaddr\_in server;
28. struct sockaddr\_in client;
29. socklen\_t len;
30. 
31. if ((listenfd =socket(AF\_INET, SOCK\_STREAM, 0)) == -1) \{
32. perror("Creatingsocket failed.");
33. exit(1);
34. \}
35. 
36. int opt =SO\_REUSEADDR;
37. setsockopt(listenfd,SOL\_SOCKET, SO\_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
38. 
39. bzero(&server,sizeof(server));
40. server.sin\_family=AF\_INET;
41. server.sin\_port=htons(PORT);
42. server.sin\_addr.s\_addr= htonl (INADDR\_ANY);
43. if (bind(listenfd,(struct sockaddr \*)&server, sizeof(server)) == -1) \{
44. perror("Bind()error.");
45. exit(1);
46. \}
47. 
48. if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1)\{
49. perror("listen()error\\n");
50. exit(1);
51. \}
52. 
53. len=sizeof(client);
54. while(1)
55. \{
56. if ((connfd =accept(listenfd,(struct sockaddr \*)&client,&len))==-1) \{
57. perror("accept() error\\n");
58. exit(1);
59. \}
60. arg = (struct ARG \*)malloc(sizeof(struct ARG));
61. arg->connfd =connfd;
62. memcpy((void\*)&arg->client, &client, sizeof(client));
63. 
64. if(pthread\_create(&tid, NULL, function, (void\*)arg)) \{
65. perror("Pthread\_create() error");
66. exit(1);
67. \}
68. \}
69. close(listenfd);
70. \}
71. 
72. void process\_cli(int connfd, struct sockaddr\_in client)
73. \{
74. int num;
75. char recvbuf\[MAXDATASIZE\], sendbuf\[MAXDATASIZE\], cli\_name\[MAXDATASIZE\];
76. 
77. printf("Yougot a connection from %s. \\n ",inet\_ntoa(client.sin\_addr) );
78. num = recv(connfd,cli\_name, MAXDATASIZE,0);
79. if (num == 0) \{
80. close(connfd);
81. printf("Clientdisconnected.\\n");
82. return;
83. \}
84. cli\_name\[num - 1\] ='\\0';
85. printf("Client'sname is %s.\\n",cli\_name);
86. 
87. while (num =recv(connfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) \{
88. recvbuf\[num\] ='\\0';
89. printf("Receivedclient( %s ) message: %s",cli\_name, recvbuf);
90. int i;
91. for (i = 0; i <num - 1; i++) \{
92. if((recvbuf\[i\]>='a'&&recvbuf\[i\]<='z')||(recvbuf\[i\]>='A'&&recvbuf\[i\]<='Z'))
93. \{
94. recvbuf\[i\]=recvbuf\[i\]+ 3;
95. if((recvbuf\[i\]>'Z'&&recvbuf\[i\]<='Z'\+3)||(recvbuf\[i\]>'z'))
96. recvbuf\[i\]=recvbuf\[i\]- 26;
97. \}
98. sendbuf\[i\] =recvbuf\[i\];
99. \}
100. sendbuf\[num -1\] = '\\0';
101. send(connfd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);
102. \}
103. close(connfd);
104. \}
105. 
106. void \*function(void\* arg)
107. \{
108. struct ARG \*info;
109. info = (struct ARG\*)arg;
110. process\_cli(info->connfd,info->client);
111. free (arg);
112. pthread\_exit(NULL);
113. \}

[0_1323654475PWYZ.gif]: /images/20220805/3bc534dd5ad24acaa00ba1de6025f7f2.png
[0_1323654504W0sM.gif]: /images/20220805/792e3a5b52f34773bc9bccf42d7c7877.png
[0_1323654522K88A.gif]: /images/20220805/80e5d2ba5dde42ea9b2a686d92389c85.png
[view plain]: http://blog.csdn.net/yueguanghaidao/article/details/7062289#