Liunx C 編程之多線程與Socket

本文轉載自查看原文 2019-08-06 15:17 1052 Linux 和樹莓派/ C語言

多線程

pthread.h是linux特有的頭文件，POSIX線程（POSIX threads），簡稱Pthreads，是線程的POSIX標准。該標准定義了創建和操縱線程的一整套API。在類Unix操作系統（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用Pthreads作為操作系統的線程。Windows操作系統也有其移植版pthreads-win32。

創建線程
1.pthread_create 創建一個新線程並使之運行起來。該函數可以在程序的任何地方調用包括線程內，線程是沒有依賴關系的。
2.一個進程可以創建的線程最大數量取決於系統實現
3. pthread_create參數：
thread：返回一個不透明的，唯一的新線程標識符。
attr：不透明的線程屬性對象。可以指定一個線程屬性對象，或者NULL為缺省值。
start_routine：線程將會執行一次的C函數。
arg: 傳遞給start_routine單個參數，傳遞時必須轉換成指向void的指針類型。沒有參數傳遞時，可設置為NULL。

pthread_create (threadid,attr,start_routine,arg)

結束線程
1.結束線程的方法有一下幾種：
線程從主線程（main函數的初始線程）返回。
線程調用了pthread_exit函數。
其它線程使用 pthread_cancel函數結束線程。
調用exec或者exit函數，整個進程結束。

2.如果main()在其他線程創建前用pthread_exit()退出了，其他線程將會繼續執行。否則，他們會隨着main的結束而終止。

pthread_exit (status)
int pthread_cancel(pthread_t threadid);

等待線程狀態

pthread_join (threadid,status)

例子：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <pthread.h> //liunx線程頭文件
 3 #include <stdlib.h>
 4 //線程
 5 void *thread1_proc(void *arg)
 6 {
 7     int i=*(int *)arg;    //取出內容 
 8     free(arg);//釋放空間 
 9     while(i<105)
10     {
11         printf("thread1:%-5d",i);
12         sleep(2);//延時等待兩秒 
13         i++;
14     }
15     printf("Thread1 finished!\n");
16     pthread_exit(NULL);//終止當前線程
17 }
18 void main()
19 {
20     pthread_t thread1;
21     int *ixi=(int *)malloc(sizeof(int));//在堆中申請一塊內容 
22     *ixi=100; //存在內容 
23     if(pthread_create(&thread1,NULL,thread1_proc,(void *)ixi)!=0)//創建線程1並傳遞參數 
24         perror("Create thread failed：");//創建錯誤時執行
25     //終止當前線程，此時會子線程會執行完畢，相當於在此處join所有子線程一樣 
26     pthread_exit(NULL);//（1）結束主
27     // pthread_join(thread1,NULL);//（2）可替換上一條
28     printf("主線程已經退出，本條不執行"); //（1）不執行，（2）執行該條
29 }

多線程共享資源

共享資源時可能會出現操作未完成而被另一個線程打破，造成資源存取異常
鎖
定義變量

#include <pthread.h> 
pthread_mutex_t lockx;

初始化

pthread_mutex_init(&lockx,NULL);

上鎖與解鎖

pthread_mutex_lock(&lockx);//上鎖 
//獨立資源
//代碼塊 
pthread_mutex_unlock(&lockx);//解鎖

信號量
實現循序控制
定義變量

#include <semaphore.h>
sem_t can_scanf;

初始化

sem_init(&can_scanf,0,1);

PV操作

sem_wait(&can_scanf);//等待信號量置位並進行減一操作
sem_post(&can_scanf); //信號量加一 操作

例子
主線程負責從鍵盤獲取兩個整數，子線程1負責對這兩個整數完成求和運算並把結果打印出來，子線程2負責對這兩個整數完成乘法運算並打印出來。三個線程要求遵循如下同步順序：
1.主線程獲取兩個數；
2.子線程1計算；
3.子線程2計算；
4.轉（1）

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <semaphore.h>
 3 #include <pthread.h>
 4 #include <stdlib.h>
 5 sem_t can_add;//能夠進行加法計算的信號量
 6 sem_t can_mul;//能夠進行輸入的信號量 
 7 sem_t can_scanf;//能夠進行乘法計算的信號量
 8 int x,y;
 9 void *thread_add(void *arg)//加法線程入口函數
10 {
11     while(1)
12     {
13         sem_wait(&can_add);
14         printf("%d+%d=%d\n",x,y,x+y);
15         sem_post(&can_mul);
16     }
17 }
18 void *thread_mul(void *arg)//乘法線程入口函數
19 {
20     while(1)
21     {
22         sem_wait(&can_mul);
23         printf("%d*%d=%d\n",x,y,x*y);
24         sem_post(&can_scanf);
25     }
26 }
27 int main()
28 {
29     pthread_t tid;
30     int arg[2];
31     //信號量初始化 
32     sem_init(&can_scanf,0,1);
33     sem_init(&can_add,0,0);
34     sem_init(&can_mul,0,0);
35     if(pthread_create(&tid,NULL,thread_add,NULL)<0)
36     {
37         printf("Create thread_add failed!\n");
38         exit(0);
39     }
40     if(pthread_create(&tid,NULL,thread_mul,NULL)<0)
41     {
42         printf("Create thread_mul failed!\n");
43         exit(0);
44     }
45     while(1)
46     {
47         sem_wait(&can_scanf);//等待信號量置位並進行減一操作 
48         printf("Please input two integers:");
49         scanf("%d%d",&x,&y);
50         sem_post(&can_add);//信號量加一 操作 
51     }        
52 }

Socket編程

數據包的發送
（1）TCP（write/send）
基於流的，沒有信息邊界，所以發送的包的大小沒有限制；但由於沒有信息邊界，就得要求要求應用程序自己能夠把邏輯上的包分割出來。
（2）UDP(sendto)
基於包的，應用層的包在由下層包的傳輸過程中因盡量避免有分片——重組的發生，否則丟包的概率會很大，在以太網中，MTU的大小為46——1500字節，除掉IP層頭、udp頭，應用層的UDP包不要超過1472字節。鑒於Internet上的標准MTU值為576字節,所以我建議在進行Internet的UDP編程時。最好將UDP的數據長度控制在548字節(576-8-20)以內.

數據包的接收
（1）TCP(read/recv)
如果協議棧緩沖區實際收到的字節數大於所請求的字節數，則返回實際要讀取的字節數，剩余未讀取的字節數下次再讀；
如果協議棧緩沖區實際收到的字節數小於所請求的字節數，則返回所能提供的字節數；
（2）UDP(recvfrom)
如果協議棧緩沖區實際收到的字節數大於所請求的字節數，在linux下會對數據報進行截段，並丟棄剩下的數據；
如果協議棧緩沖區實際收到的字節數小於所請求的字節數，則返回所能提供的字節數；

注意點
當發送函數返回時，並不表示數據包已經到達了目標計算機，僅僅說明待發送的數據包被協議棧給接收了；
UDP的數據包要么被接收，要么丟失；TCP的數據報一定會無差錯按序交付給對方

TCP

服務端
1、連接WiFi或者開啟AP,使模塊接入網絡
2、socket 創建一個套接字
socket可以認為是應用程序和網絡之間信息傳輸通道，所以TCP編程服務端、客戶端的第一步就是要建立這個信息傳輸的通道，主要通過socket函數完成。

3、 Bind socket信息
給在第一步中所創建的socket顯式指定其ip地址和端口號(bind)
其中結構體為：

//設置server的詳情信息
struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
u32_t sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
server_addr.sin_family = AF_INET; //IPV4
server_addr.sin_port = htons(2351); //端口
//綁定本機的所有IP地址htonl(INADDR_ANY)，確定某個inet_addr(“172.16.4.1”)
server_addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY); 
bind(connect_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

4、 listen確定請求隊列的最大值

5、 accept等待接入
此函數為所有網絡函數中最難理解的一個函數，它的調用將意味着服務端開始處理外來請求，如果沒有外來請求（也就是沒有listen到請求進來）默認情況下則阻塞；當有外來請求時會新產生一個soket，並返回其描述符，應用程序將在這個新的socket上和請求者進行會話（讀、寫該socket），原套接字sockfd則繼續偵聽

6、 send
當send返回時，並不是表示數據已經發送到了對方，而僅僅表示數據已經到了協議棧的緩沖區中。最后一個值在ESP32中不可用

7、 recv
默認情況下，當沒有可接收的數據時則阻塞，參數len表示最多接收多少個字節數，成功的接受的字節數完全可以小於len。最后一個值在ESP32中不可用

客戶端
1、連接WiFi或者開啟AP,使模塊接入網絡
2、socket 創建一個套接字，參考服務器
3、是指向服務端發起連接請求（請求成功的前提是服務端已經進入了accept狀態）
結構體參數

//設置server的詳情信息
struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
u32_t sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
server_addr.sin_family = AF_INET; //IPV4
server_addr.sin_port = htons(2351); //端口
//綁定本機的所有IP地址htonl(INADDR_ANY)，確定某個inet_addr(“172.16.4.1”)
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.43.21"); 
int ret=connect(client_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//連接服務器

4、recv 和 send

服務器示例

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <sys/socket.h>
 5 #include <arpa/inet.h>
 6 #include <netinet/in.h>
 7 #include <string.h>
 8 #define MAXCONN 8
 9 int main()
10 {
11     int listen_fd,comm_fd;
12     int ret;
13     int i=1;
14     struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
15     int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
16     listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//創建一個socket,參數（IPV4,TCP,0)
17     if(listen_fd<0)
18     {
19         perror("Failed to create socket:");
20         return -1;
21     }
22     bzero(&server_addr,sock_size);//清零server_addr
23     server_addr.sin_family=AF_INET;//IPV4
24     server_addr.sin_port=htons(8000);//端口
25     server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//綁定主機全部網絡地址
26     setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(int));//設置套接字關聯的選 項
27     ret=bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//網絡主機綁定
28     if(ret==0)
29     {
30         printf("Bind Successfully!\n");
31     }
32     ret=listen(listen_fd,MAXCONN);//確定最大監聽數
33     if(ret==0)
34     {
35         printf("Listen Successfully!\n");
36     }
37     while((comm_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&sock_size))>=0)//阻塞並等待接入
38     {
39         char ipaddr[16];
40         inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,ipaddr,16);//網絡地址符轉換
41         printf("連接進入：%s\n",ipaddr);
42         while(1)
43         {
44             char buff[512];
45             int count;
46             count=read(comm_fd,buff,511);//讀數據，接收
47             if(count>0)//判斷接收的字節數是否大於零
48             {
49                 buff[count]=0;//截斷字符串
50                 printf("收到來自 %s 的數據：%s\n",ipaddr,buff);
51                 if(strncmp(buff,"quit",4)==0)//判斷退出條件
52                 {
53                     printf("%s已經退出退出，等待下一個連接\n",ipaddr);
54                     break;//退出此個連接，進行下一個連接接入
55                 }
56                 write(comm_fd,buff,count);//寫數據，發送
57             }
58             else
59             {
60                 printf("A talking is over!\n");
61                 break;  //客戶端斷開                  
62             }
63         }
64     }
65     close(listen_fd);//關閉連接
66     return 0;
67     
68 }

客戶端示例

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <sys/socket.h>
 5 #include <arpa/inet.h>
 6 #include <netinet/in.h>
 7 #include <string.h>
 8 #include <string.h>
 9 int main(int argc,char **argv)
10 {
11     int client_fd;
12     int ret;
13     int count;
14     struct sockaddr_in server_addr;
15     char buf[512];
16     char recv_buf[512];
17     int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
18     if(argc<2)
19     {
20         printf("Usage:./client serverip\n");
21         return 0;
22     }
23     bzero(&server_addr,sock_size);//清零server_addr
24     client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//創建一個socket,參數（IPV4,TCP,0)
25     server_addr.sin_family=AF_INET;
26     server_addr.sin_port=htons(8000);
27     server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
28     ret=connect(client_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//連接服務器
29     if(ret<0)
30     {
31         perror("Failed to connect:");
32         return -1;
33     }
34     printf("Connect successfully!\n");
35     while(1)
36     {    printf("請輸入要發送的內容:");
37         fgets(buf,512,stdin);//從鍵盤獲取字符串
38         ret=write(client_fd,buf,strlen(buf));//寫數據，發送
39         if(ret<=0)
40             break;
41         if(strncmp(buf,"quit",4)==0){
42             printf("程序退出\n");
43             break;    
44         }
45         count=read(client_fd,recv_buf,511);//讀數據，接收
46         if(count>0)
47         {
48             recv_buf[count]=0;//截斷接收的字符串
49             printf("Echo:%s\n",recv_buf);
50         }    
51         else
52         {
53             break;//服務器斷開
54         }
55     }
56     close(client_fd);//關閉連接
57     return 0;
58     
59 }

UDP

服務器
1、創建socket
2、調用函數設置udp播

int  setsockopt(int  s,  int level,  int  optname, const void *optval, socklen_t  optlen);
頭文件：<sys/socket.h>
level : 選項級別（例如SOL_SOCKET）
optname : 選項名（例如SO_BROADCAST）
optval : 存放選項值的緩沖區的地址
optlen : 緩沖區長度
返回值：成功返回0   失敗返回-1並設置errno

3、綁定服務器信息bind
4、數據收發
數據發送

int  sendto(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);
返回：大於0－成功發送數據長度；-1－出錯；
UDP套接字使用無連接協議，因此必須使用sendto函數，指明目的地址；
msg:發送數據緩沖區的首地址；
len:緩沖區的長度；
flags:傳輸控制標志，通常為0；
to:發送目標；
tolen: 地址結構長度——sizeof(struct sockaddr)

數據接收

int  recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen);
返回：大於0——成功接收數據長度；-1——出錯；
buf:接收數據的保存地址；
len:接收的數據長度
flags:是傳輸控制標志，通常為0；
from:保存發送方的地址
fromlen: 地址結構長度。

服務器示例

 1 #include <sys/socket.h>
 2 #include <netinet/in.h>
 3 #include <arpa/inet.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <stdio.h>
 6 int main()
 7 {
 8     int sockfd;
 9     int ret;
10     char buff[512];
11     char ipaddr[16];
12     struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
13     int i=1;
14     int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
15     sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
16     if(sockfd<0)
17     {
18         perror("Failed to socket:");
19         return -1;
20     }
21     bzero(&server_addr,sock_size);
22     server_addr.sin_family=AF_INET;//服務器相關參數設置
23     server_addr.sin_port=htons(6000);
24     server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
25     setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(int));
26     if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size)<0)//等待客戶端接入，阻塞
27     {
28         perror("Failed to bind:");
29         return -1;
30     }
31     while(1)
32     {
33         ret=recvfrom(sockfd,buff,512,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&sock_size);//收到數據包
34         if(ret>0)
35         {
36             buff[ret]=0;
37             inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,ipaddr,16);//網絡地址符轉換
38             printf("Receive a string from %s:%d,data:%s\n",ipaddr,client_addr.sin_port,buff);
39             if(strncmp(buff,"exit",4)==0){//退出
40               printf("Socket server exit ");
41               close(sockfd);//關閉socket    
42               break;    
43             }
44             sendto(sockfd,buff,ret,0,(struct sockaddr*)&client_addr,sock_size);
45         }
46     }
47     close(sockfd);    
48 }

客戶端示例

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <sys/socket.h>
 5 #include <arpa/inet.h>
 6 #include <netinet/in.h>
 7 #include <string.h>
 8 #include <strings.h>
 9 int main(int argc,char **argv)
10 {
11     int client_fd;
12     int ret;
13     int count;
14     struct sockaddr_in server_addr,sock_addr;
15     char buf[512];
16     char recv_buf[512];
17     int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
18     if(argc<2)
19     {
20         printf("Usage:./udpclient serverip\n");
21         return 0;
22     }
23     client_fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
24     bzero(&server_addr,sock_size);
25     server_addr.sin_family=AF_INET;
26     server_addr.sin_port=htons(6000);
27     server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
28     while(1)
29     {   
30         printf("In:");
31         fgets(buf,512,stdin);
32         ret=sendto(client_fd,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);
33         if(ret<0)
34         {
35             perror("Failed to sendto:");
36             break;
37         }
38         if(strncmp(buf,"exit",4)==0)
39             break;    
40         count=recvfrom(client_fd,recv_buf,512,0,(struct sockaddr*)&sock_addr,&sock_size);
41         if(count>0)
42         {
43             recv_buf[count]=0;
44             printf("Echo:%s\n",recv_buf);
45         }    
46         else
47         {
48             perror("Failed to recvfrom:");
49             break;
50         }
51     }
52     close(client_fd);
53     return 0;
54     
55 }

參考：

https://www.cnblogs.com/mywolrd/archive/2009/02/05/1930707.html

物聯網網關開發技術（羅老師）

免責聲明！

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用，本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益，請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。

猜您在找 python並發編程之多線程網絡編程進階：並發編程之多線程 42、並發編程之多線程理論篇 Python並發編程系列之多線程多線程編程之線程死鎖問題 python 多線程編程之_thread模塊 [轉] Linux多線程編程之pthread 多線程編程之順序鎖多線程編程之串行，並發，並行多線程編程之原子鎖