Liunx C 程式設計之多執行緒與Socket
阿新 • • 發佈：2019-08-06
多執行緒
pthread.h是linux特有的標頭檔案，POSIX執行緒（POSIX threads），簡稱Pthreads，是執行緒的POSIX標準。該標準定義了建立和操縱執行緒的一整套API。在類Unix作業系統（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用Pthreads作為作業系統的執行緒。Windows作業系統也有其移植版pthreads-win32。
建立執行緒
1.pthread_create 建立一個新執行緒並使之執行起來。該函式可以在程式的任何地方呼叫包括執行緒內，執行緒是沒有依賴關係的。
2.一個程序可以建立的執行緒最大數量取決於系統實現
3. pthread_create引數：
attr：不透明的執行緒屬性物件。可以指定一個執行緒屬性物件，或者NULL為預設值。
start_routine：執行緒將會執行一次的C函式。
arg: 傳遞給start_routine單個引數，傳遞時必須轉換成指向void的指標型別。沒有引數傳遞時，可設定為NULL。
pthread_create (threadid,attr,start_routine,arg)
結束執行緒
1.結束執行緒的方法有一下幾種：
執行緒從主執行緒（main函式的初始執行緒）返回。
執行緒呼叫了pthread_exit函式。
其它執行緒使用 pthread_cancel函式結束執行緒。
呼叫exec或者exit函式，整個程序結束。
2.如果main()在其他執行緒建立前用pthread_exit()退出了，其他執行緒將會繼續執行。否則，他們會隨著main的結束而終止。
pthread_exit (status) int pthread_cancel(pthread_t threadid);
等待執行緒狀態
pthread_join (threadid,status)
例子：
1 #include <stdio.h>
2 #include <pthread.h> //liunx執行緒標頭檔案
3 #include <stdlib.h>
4 //執行緒
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);//終止當前執行緒
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)//建立執行緒1並傳遞引數
24 perror("Create thread failed：");//建立錯誤時執行
25 //終止當前執行緒，此時會子執行緒會執行完畢，相當於在此處join所有子執行緒一樣
26 pthread_exit(NULL);//（1）結束主
27 // pthread_join(thread1,NULL);//（2）可替換上一條
28 printf("主執行緒已經退出，本條不執行"); //（1）不執行，（2）執行該條
29 }
多執行緒共享資源
共享資源時可能會出現操作未完成而被另一個執行緒打破，造成資源存取異常
鎖
定義變數
#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 //程式碼塊 pthread_mutex_unlock(&lockx);//解鎖
訊號量
實現循序控制
定義變數
#include <semaphore.h> sem_t can_scanf;
初始化
sem_init(&can_scanf,0,1);
PV操作
sem_wait(&can_scanf);//等待訊號量置位並進行減一操作 sem_post(&can_scanf); //訊號量加一 操作
例子
主執行緒負責從鍵盤獲取兩個整數，子執行緒1負責對這兩個整數完成求和運算並把結果打印出來，子執行緒2負責對這兩個整數完成乘法運算並打印出來。三個執行緒要求遵循如下同步順序：
1.主執行緒獲取兩個數；
2.子執行緒1計算；
3.子執行緒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訊號量
6 sem_t can_mul;//能夠進行輸入的訊號量
7 sem_t can_scanf;//能夠進行乘法計算的訊號量
8 int x,y;
9 void *thread_add(void *arg)//加法執行緒入口函式
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)//乘法執行緒入口函式
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 //訊號量初始化
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);//等待訊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);//訊號量加一 操作
51 }
52 }
Socket程式設計
資料包的傳送
（1）TCP（write/send）
基於流的，沒有資訊邊界，所以傳送的包的大小沒有限制；但由於沒有資訊邊界，就得要求要求應用程式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儘量避免有分片——重組的發生，否則丟包的概率會很大，在乙太網中，MTU的大小為46——1500位元組，除掉IP層頭、udp頭，應用層的UDP包不要超過1472位元組。鑑於Internet上的標準MTU值為576位元組,所以我建議在進行Internet的UDP程式設計時。 最好將UDP的資料長度控制在548位元組(576-8-20)以內.
資料包的接收
（1）TCP(read/recv)
如果協議棧緩衝區實際收到的位元組數大於所請求的位元組數，則返回實際要讀取的位元組數，剩餘未讀取的位元組數下次再讀；
如果協議棧緩衝區實際收到的位元組數小於所請求的位元組數，則返回所能提供的位元組數；
（2）UDP(recvfrom)
如果協議棧緩衝區實際收到的位元組數大於所請求的位元組數，在linux下會對資料報進行截段，並丟棄剩下的資料；
如果協議棧緩衝區實際收到的位元組數小於所請求的位元組數，則返回所能提供的位元組數；
注意點
當傳送函式返回時，並不表示資料包已經到達了目標計算機，僅僅說明待發送的資料包被協議棧給接收了；
UDP的資料包要麼被接收，要麼丟失；TCP的資料報一定會無差錯按序交付給對方
TCP
服務端
1、連線WiFi或者開啟AP,使模組接入網路
2、socket 建立一個套接字
socket可以認為是應用程式和網路之間資訊傳輸通道，所以TCP程式設計服務端、客戶端的第一步就是要建立這個資訊傳輸的通道，主要通過socket函式完成。
3、 Bind socket資訊
給在第一步中所建立的socket顯式指定其ip地址和埠號(bind)
其中結構體為：
//設定server的詳情資訊 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); //埠 //繫結本機的所有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確定請求佇列的最大值
5、 accept等待接入
此函式為所有網路函式中最難理解的一個函式，它的呼叫將意味著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）預設情況下則阻塞；當有外來請求時會新產生一個soket，並返回其描述符，應用程式將在這個新的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，並不是表示資料已經發送到了對方，而僅僅表示資料已經到了協議棧的緩衝區中。最後一個值在ESP32中不可用
7、 recv
預設情況下，當沒有可接收的資料時則阻塞，引數len表示最多接收多少個位元組數， 成功的接受的位元組數完全可以小於len。最後一個值在ESP32中不可用
客戶端
1、連線WiFi或者開啟AP,使模組接入網路
2、socket 建立一個套接字，參考伺服器
3、是指向服務端發起連線請求（請求成功的前提是服務端已經進入了accept狀態）
結構體引數
//設定server的詳情資訊
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); //埠
//繫結本機的所有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);//連線伺服器
4、recv 和 send
伺服器示例
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);//建立一個socket,引數（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);//埠
25 server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//繫結主機全部網路地址
26 setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(int));//設定套接字關聯的選 項
27 ret=bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//網路主機繫結
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);//網路地址符轉換
41 printf("連線進入：%s\n",ipaddr);
42 while(1)
43 {
44 char buff[512];
45 int count;
46 count=read(comm_fd,buff,511);//讀資料，接收
47 if(count>0)//判斷接收的位元組數是否大於零
48 {
49 buff[count]=0;//截斷字串
50 printf("收到來自 %s 的資料：%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，等待下一個連線\n",ipaddr);
54 break;//退出此個連線，進行下一個連線接入
55 }
56 write(comm_fd,buff,count);//寫資料，傳送
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);//關閉連線
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);//建立一個socket,引數（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);//連線伺服器
29 if(ret<0)
30 {
31 perror("Failed to connect:");
32 return -1;
33 }
34 printf("Connect successfully!\n");
35 while(1)
36 { printf("請輸入要傳送的內容:");
37 fgets(buf,512,stdin);//從鍵盤獲取字串
38 ret=write(client_fd,buf,strlen(buf));//寫資料，傳送
39 if(ret<=0)
40 break;
41 if(strncmp(buf,"quit",4)==0){
42 printf("程式退出\n");
43 break;
44 }
45 count=read(client_fd,recv_buf,511);//讀資料，接收
46 if(count>0)
47 {
48 recv_buf[count]=0;//截斷接收的字串
49 printf("Echo:%s\n",recv_buf);
50 }
51 else
52 {
53 break;//伺服器斷開
54 }
55 }
56 close(client_fd);//關閉連線
57 return 0;
58
59 }
UDP
伺服器
1、 建立socket
2、 呼叫函式設定udp播
int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen); 標頭檔案：<sys/socket.h> level : 選項級別（例如SOL_SOCKET） optname : 選項名（例如SO_BROADCAST） optval : 存放選項值的緩衝區的地址 optlen : 緩衝區長度 返回值：成功返回0 失敗返回-1並設定errno
3、 繫結伺服器資訊bind
4、 資料收發
資料傳送
int sendto(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, int tolen); 返回：大於0－成功傳送資料長度；-1－出錯； UDP套接字使用無連線協議，因此必須使用sendto函式，指明目的地址； msg:傳送資料緩衝區的首地址； len:緩衝區的長度； flags:傳輸控制標誌，通常為0； to:傳送目標； tolen: 地址結構長度——sizeof(struct sockaddr)
資料接收
int recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen); 返回：大於0——成功接收資料長度；-1——出錯； buf:接收資料的儲存地址； len:接收的資料長度 flags:是傳輸控制標誌，通常為0； from:儲存傳送方的地址 fromlen: 地址結構長度。
伺服器示例
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;//伺服器相關引數設定
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);//收到資料包
34 if(ret>0)
35 {
36 buff[ret]=0;
37 inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,ipaddr,16);//網路地址符轉換
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
物聯網閘道器開發技術（羅老