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多线程并发服务器编程

来源: yueguanghaidao 分享至:

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)。


1pthread_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。

-------------------------------------------------------------------
#include<pthread.h>

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

-------------------------------------------------------------------

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:funcarg

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。


2pthread_join()函数

pthread_join()函数用于等待一个线程终止。

-------------------------------------------------------------------
#inlcude<pthread.h>

intpthread_join(pthread_t tid, void **status);

返回:成功时为0;出错时返回正的错误码。

-------------------------------------------------------------------

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。


3pthread_detach()函数

pthread_detach()函数将指定的线程变成脱离的。

-------------------------------------------------------------------
#include<pthread.h>

intpthread_detach(pthread_t tid)

返回:成功时为0;出错时返回错误码。

-------------------------------------------------------------------

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

4pthread_self()函数

每一个线程都有一个IDpthread_self()函数返回自己的线程ID

-------------------------------------------------------------------
#include<pthread.h>

pthread_tpthread_self(void);

返回:调用线程的线程id

-------------------------------------------------------------------

线程可以通过如下语句将自己设置为可脱离的:

pthread_detachpthread_self());

5pthread_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。

-------------------------------------------------------------------
#include<pthread.h>

void pthread_exit(void*status);

无返回值;

-------------------------------------------------------------------

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.cmproc_client.c所在目录。

4、执行命令gccomthread_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终端,执行命令进入mthread_server.cmproc_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终端,执行命令进入mthread_server.cmproc_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:


客户1



客户2


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

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.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 connfd, struct sockaddr_in client);

void *function(void* arg);

struct ARG {

int connfd;

struct sockaddr_in client;

};


main()

{

int listenfd,connfd;

pthread_t  tid;

struct ARG *arg;

struct sockaddr_in server;

struct sockaddr_in client;

socklen_t  len;


if ((listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

perror("Creatingsocket failed.");

exit(1);

}


int opt =SO_REUSEADDR;

setsockopt(listenfd,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(listenfd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) {

perror("Bind()error.");

exit(1);

}


if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1){

perror("listen()error\n");

exit(1);

}


len=sizeof(client);

while(1)

{

if ((connfd =accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&len))==-1) {

perror("accept() error\n");

exit(1);

}

arg = (struct ARG *)malloc(sizeof(struct ARG));

arg->connfd =connfd;

memcpy((void*)&arg->client, &client, sizeof(client));


if(pthread_create(&tid, NULL, function, (void*)arg)) {

perror("Pthread_create() error");

exit(1);

}

}

close(listenfd);

}


void process_cli(int connfd, struct sockaddr_in client)

{

int num;

char recvbuf[MAXDATASIZE], sendbuf[MAXDATASIZE], cli_name[MAXDATASIZE];


printf("Yougot a connection from %s. \n ",inet_ntoa(client.sin_addr) );

num = recv(connfd,cli_name, MAXDATASIZE,0);

if (num == 0) {

close(connfd);

printf("Clientdisconnected.\n");

return;

}

cli_name[num - 1] ='\0';

printf("Client'sname is %s.\n",cli_name);


while (num =recv(connfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) {

recvbuf[num] ='\0';

printf("Receivedclient( %s ) message: %s",cli_name, recvbuf);

int i;

for (i = 0; i <num - 1; i++) {

if((recvbuf[i]>='a'&&recvbuf[i]<='z')||(recvbuf[i]>='A'&&recvbuf[i]<='Z'))

{

recvbuf[i]=recvbuf[i]+ 3;

if((recvbuf[i]>'Z'&&recvbuf[i]<='Z'+3)||(recvbuf[i]>'z'))

recvbuf[i]=recvbuf[i]- 26;

}

sendbuf[i] =recvbuf[i];

}

sendbuf[num -1] = '\0';

send(connfd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);

}

close(connfd);

}


void *function(void* arg)

{

struct ARG *info;

info = (struct ARG*)arg;

process_cli(info->connfd,info->client);

free (arg);

pthread_exit(NULL);

}


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