Linux网络编程-五

1 线程池并发服务器

什么是线程池?

• 是一个抽象的概念, 若干个线程组合到一起, 形成线程池。

为什么需要线程池?

• 多线程版服务器一个客户端就需要创建一个线程! 若客户端太多, 显然不太合适。

什么时候需要创建线程池呢？

• 简单的说，如果一个应用需要频繁的创建和销毁线程，而任务执行的时间又非常短，这样线程创建和销毁的带来的开销就不容忽视，这时也是线程池该出场的机会了。如果线程创建和销毁时间相比任务执行时间可以忽略不计，则没有必要使用线程池了。

实现的时候类似于生产者和消费者。

线程池和任务池：

• 任务池相当于共享资源, 所以需要使用互斥锁, 当任务池中没有任务的时候需要让线程阻塞, 所以需要使用条件变量.

如何让线程执行不同的任务?

• 使用回调函数, 在任务中设置任务执行函数, 这样可以起到不同的任务执行不同的函数.
  

线程池思想：
1 主线程负责添加任务，子线程负责取任务然后执行任务。
2 在每个任务里有一个不同的操作，每个人无力有个回调函数，不同的任务中有不同的回调函数，表示不同的操作。
3 主线程和子线程共享任务池（在内存上的一个结构体），所有要使用互斥锁。

• 若任务池当中没有任务，子线程需要阻塞等待，当主线程添加完任务之后，主线程使用条件变量唤醒子线程。
• 若任务池已满，主线程阻塞等待，当子线程处理完任务之后，使用条件变量唤醒主线程，主线程就可以继续添加任务。

一个使用线程池的实例

//简易版线程池-pthreadpoolsimple.c
#include "threadpoolsimple.h"

ThreadPool *thrPool = NULL;

int beginnum = 1000;

void *thrRun(void *arg)
{
    //printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    ThreadPool *pool = (ThreadPool*)arg;
    int taskpos = 0;//任务位置
    PoolTask *task = (PoolTask *)malloc(sizeof(PoolTask));

    while(1)
	{
        //获取任务，先要尝试加锁
        pthread_mutex_lock(&thrPool->pool_lock);

		//无任务并且线程池不是要摧毁
        while(thrPool->job_num <= 0 && !thrPool->shutdown )
		{
			//如果没有任务，线程会阻塞
            pthread_cond_wait(&thrPool->not_empty_task,&thrPool->pool_lock);
        }
        
        if(thrPool->job_num)
		{
            //有任务需要处理
            taskpos = (thrPool->job_pop++)%thrPool->max_job_num;
            //printf("task out %d...tasknum===%d tid=%lu\n",taskpos,thrPool->tasks[taskpos].tasknum,pthread_self());
			//为什么要拷贝？避免任务被修改，生产者会添加任务
            memcpy(task,&thrPool->tasks[taskpos],sizeof(PoolTask));
            task->arg = task;
            thrPool->job_num--;
            //task = &thrPool->tasks[taskpos];
            pthread_cond_signal(&thrPool->empty_task);//通知生产者
        }

        if(thrPool->shutdown)
		{
            //代表要摧毁线程池，此时线程退出即可
            //pthread_detach(pthread_self());//临死前分家
            pthread_mutex_unlock(&thrPool->pool_lock);
            free(task);
			pthread_exit(NULL);
        }

        //释放锁
        pthread_mutex_unlock(&thrPool->pool_lock);
        task->task_func(task->arg);//执行回调函数
    }
    
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}

//创建线程池
void create_threadpool(int thrnum,int maxtasknum)
{
    printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    thrPool = (ThreadPool*)malloc(sizeof(ThreadPool));

    thrPool->thr_num = thrnum;
    thrPool->max_job_num = maxtasknum;
    thrPool->shutdown = 0;//是否摧毁线程池，1代表摧毁
    thrPool->job_push = 0;//任务队列添加的位置
    thrPool->job_pop = 0;//任务队列出队的位置
    thrPool->job_num = 0;//初始化的任务个数为0

    thrPool->tasks = (PoolTask*)malloc((sizeof(PoolTask)*maxtasknum));//申请最大的任务队列

    //初始化锁和条件变量
    pthread_mutex_init(&thrPool->pool_lock,NULL);
    pthread_cond_init(&thrPool->empty_task,NULL);
    pthread_cond_init(&thrPool->not_empty_task,NULL);

    int i = 0;
    thrPool->threads = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t)*thrnum);//申请n个线程id的空间
	
	pthread_attr_t attr;
	pthread_attr_init(&attr);
	pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    for(i = 0;i < thrnum;i++)
	{
        pthread_create(&thrPool->threads[i],&attr,thrRun,(void*)thrPool);//创建多个线程
    }
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}
//摧毁线程池
void destroy_threadpool(ThreadPool *pool)
{
    pool->shutdown = 1;//开始自爆
    pthread_cond_broadcast(&pool->not_empty_task);//诱杀 

    int i = 0;
    for(i = 0; i < pool->thr_num ; i++)
	{
        pthread_join(pool->threads[i],NULL);
    }

    pthread_cond_destroy(&pool->not_empty_task);
    pthread_cond_destroy(&pool->empty_task);
    pthread_mutex_destroy(&pool->pool_lock);

    free(pool->tasks);
    free(pool->threads);
    free(pool);
}

//添加任务到线程池
void addtask(ThreadPool *pool)
{
    //printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    pthread_mutex_lock(&pool->pool_lock);

	//实际任务总数大于最大任务个数则阻塞等待(等待任务被处理)
    while(pool->max_job_num <= pool->job_num)
	{
        pthread_cond_wait(&pool->empty_task,&pool->pool_lock);
    }

    int taskpos = (pool->job_push++)%pool->max_job_num;//模拟循环队列
    //printf("add task %d  tasknum===%d\n",taskpos,beginnum);
    pool->tasks[taskpos].tasknum = beginnum++;
    pool->tasks[taskpos].arg = (void*)&pool->tasks[taskpos];
    pool->tasks[taskpos].task_func = taskRun;
    pool->job_num++;

    pthread_mutex_unlock(&pool->pool_lock);

    pthread_cond_signal(&pool->not_empty_task);//通知包身工
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}

//任务回调函数
void taskRun(void *arg)
{
    PoolTask *task = (PoolTask*)arg;
    int num = task->tasknum;
    printf("task %d is runing %lu\n",num,pthread_self());

    sleep(1);
    printf("task %d is done %lu\n",num,pthread_self());
}


int main()
{
    create_threadpool(3,20);
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 50 ; i++)
	{
        addtask(thrPool);//模拟添加任务
    }

    sleep(20);
    destroy_threadpool(thrPool);

    return 0;
}

//pthreadpoolsimple.h
#ifndef _THREADPOOL_H
#define _THREADPOOL_H

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


typedef struct _PoolTask
{
    int tasknum;//模拟任务编号
    void *arg;//回调函数参数
    void (*task_func)(void *arg);//任务的回调函数
}PoolTask ;

typedef struct _ThreadPool
{
    int max_job_num;//最大任务个数
    int job_num;//实际任务个数
    PoolTask *tasks;//任务队列数组
    int job_push;//入队位置
    int job_pop;// 出队位置

    int thr_num;//线程池内线程个数
    pthread_t *threads;//线程池内线程数组
    int shutdown;//是否关闭线程池
    pthread_mutex_t pool_lock;//线程池的锁
    pthread_cond_t empty_task;//任务队列为空的条件
    pthread_cond_t not_empty_task;//任务队列不为空的条件

}ThreadPool;

void create_threadpool(int thrnum,int maxtasknum);//创建线程池--thrnum  代表线程个数，maxtasknum 最大任务个数
void destroy_threadpool(ThreadPool *pool);//摧毁线程池
void addtask(ThreadPool *pool);//添加任务到线程池
void taskRun(void *arg);//任务回调函数

#endif

添加功能的另一个复杂的线程池实例

//pthreadpool.h
#ifndef __THREADPOOL_H_
#define __THREADPOOL_H_

typedef struct threadpool_t threadpool_t;

/**
 * @function threadpool_create
 * @descCreates a threadpool_t object.
 * @param thr_num  thread num
 * @param max_thr_num  max thread size
 * @param queue_max_size   size of the queue.
 * @return a newly created thread pool or NULL
 */
threadpool_t *threadpool_create(int min_thr_num, int max_thr_num, int queue_max_size);

/**
 * @function threadpool_add
 * @desc add a new task in the queue of a thread pool
 * @param pool     Thread pool to which add the task.
 * @param function Pointer to the function that will perform the task.
 * @param argument Argument to be passed to the function.
 * @return 0 if all goes well,else -1
 */
int threadpool_add(threadpool_t *pool, void*(*function)(void *arg), void *arg);

/**
 * @function threadpool_destroy
 * @desc Stops and destroys a thread pool.
 * @param pool  Thread pool to destroy.
 * @return 0 if destory success else -1
 */
int threadpool_destroy(threadpool_t *pool);

/**
 * @desc get the thread num
 * @pool pool threadpool
 * @return # of the thread
 */
int threadpool_all_threadnum(threadpool_t *pool);

/**
 * desc get the busy thread num
 * @param pool threadpool
 * return # of the busy thread
 */
int threadpool_busy_threadnum(threadpool_t *pool);

#endif

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "pthreadpool.h"

#define DEFAULT_TIME 10                 /*10s检测一次*/
#define MIN_WAIT_TASK_NUM 10            /*如果queue_size > MIN_WAIT_TASK_NUM 添加新的线程到线程池*/ 
#define DEFAULT_THREAD_VARY 10          /*每次创建和销毁线程的个数*/
#define true 1
#define false 0

typedef struct 
{
    void *(*function)(void *);          /* 函数指针，回调函数 */
    void *arg;                          /* 上面函数的参数 */
} threadpool_task_t;                    /* 各子线程任务结构体 */

/* 描述线程池相关信息 */
struct threadpool_t 
{
    pthread_mutex_t lock;               /* 用于锁住本结构体 */    
    pthread_mutex_t thread_counter;     /* 记录忙状态线程个数de琐 -- busy_thr_num */

    pthread_cond_t queue_not_full;      /* 当任务队列满时，添加任务的线程阻塞，等待此条件变量 */
    pthread_cond_t queue_not_empty;     /* 任务队列里不为空时，通知等待任务的线程 */

    pthread_t *threads;                 /* 存放线程池中每个线程的tid。数组 */
    pthread_t adjust_tid;               /* 存管理线程tid */
    threadpool_task_t *task_queue;      /* 任务队列(数组首地址) */

    int min_thr_num;                    /* 线程池最小线程数 */
    int max_thr_num;                    /* 线程池最大线程数 */
    int live_thr_num;                   /* 当前存活线程个数 */
    int busy_thr_num;                   /* 忙状态线程个数 */
    int wait_exit_thr_num;              /* 要销毁的线程个数 */

    int queue_front;                    /* task_queue队头下标 */
    int queue_rear;                     /* task_queue队尾下标 */
    int queue_size;                     /* task_queue队中实际任务数 */
    int queue_max_size;                 /* task_queue队列可容纳任务数上限 */

    int shutdown;                       /* 标志位，线程池使用状态，true或false */
};

void *threadpool_thread(void *threadpool);

void *adjust_thread(void *threadpool);

int is_thread_alive(pthread_t tid);
int threadpool_free(threadpool_t *pool);

//threadpool_create(3,100,100);  
threadpool_t *threadpool_create(int min_thr_num, int max_thr_num, int queue_max_size)
{
    int i;
    threadpool_t *pool = NULL;
    do 
	{
        if((pool = (threadpool_t *)malloc(sizeof(threadpool_t))) == NULL) 
		{  
            printf("malloc threadpool fail");
            break;                                      /*跳出do while*/
        }

        pool->min_thr_num = min_thr_num;
        pool->max_thr_num = max_thr_num;
        pool->busy_thr_num = 0;
        pool->live_thr_num = min_thr_num;               /* 活着的线程数 初值=最小线程数 */
        pool->wait_exit_thr_num = 0;
        pool->queue_size = 0;                           /* 有0个产品 */
        pool->queue_max_size = queue_max_size;
        pool->queue_front = 0;
        pool->queue_rear = 0;
        pool->shutdown = false;                         /* 不关闭线程池 */

        /* 根据最大线程上限数， 给工作线程数组开辟空间, 并清零 */
        pool->threads = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t)*max_thr_num); 
        if (pool->threads == NULL) 
		{
            printf("malloc threads fail");
            break;
        }
        memset(pool->threads, 0, sizeof(pthread_t)*max_thr_num);

        /* 队列开辟空间 */
        pool->task_queue = (threadpool_task_t *)malloc(sizeof(threadpool_task_t)*queue_max_size);
        if (pool->task_queue == NULL) 
		{
            printf("malloc task_queue fail\n");
            break;
        }

        /* 初始化互斥琐、条件变量 */
        if (pthread_mutex_init(&(pool->lock), NULL) != 0
                || pthread_mutex_init(&(pool->thread_counter), NULL) != 0
                || pthread_cond_init(&(pool->queue_not_empty), NULL) != 0
                || pthread_cond_init(&(pool->queue_not_full), NULL) != 0)
        {
            printf("init the lock or cond fail\n");
            break;
        }

		//启动工作线程
		pthread_attr_t attr;
		pthread_attr_init(&attr);
		pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
        for (i = 0; i < min_thr_num; i++) 
		{
            pthread_create(&(pool->threads[i]), &attr, threadpool_thread, (void *)pool);/*pool指向当前线程池*/
            printf("start thread 0x%x...\n", (unsigned int)pool->threads[i]);
        }

		//创建管理者线程
        pthread_create(&(pool->adjust_tid), &attr, adjust_thread, (void *)pool);

        return pool;

    } while (0);

	/* 前面代码调用失败时,释放poll存储空间 */
    threadpool_free(pool);

    return NULL;
}

/* 向线程池中 添加一个任务 */
//threadpool_add(thp, process, (void*)&num[i]);   /* 向线程池中添加任务 process: 小写---->大写*/

int threadpool_add(threadpool_t *pool, void*(*function)(void *arg), void *arg)
{
    pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

    /* ==为真，队列已经满， 调wait阻塞 */
    while ((pool->queue_size == pool->queue_max_size) && (!pool->shutdown)) 
	{
        pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_full), &(pool->lock));
    }

    if (pool->shutdown) 
	{
        pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_empty));
        pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));
        return 0;
    }

    /* 清空 工作线程 调用的回调函数 的参数arg */
    if (pool->task_queue[pool->queue_rear].arg != NULL) 
	{
        pool->task_queue[pool->queue_rear].arg = NULL;
    }

    /*添加任务到任务队列里*/
    pool->task_queue[pool->queue_rear].function = function;
    pool->task_queue[pool->queue_rear].arg = arg;
    pool->queue_rear = (pool->queue_rear + 1) % pool->queue_max_size;       /* 队尾指针移动, 模拟环形 */
    pool->queue_size++;

    /*添加完任务后，队列不为空，唤醒线程池中 等待处理任务的线程*/
    pthread_cond_signal(&(pool->queue_not_empty));
    pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

    return 0;
}

/* 线程池中各个工作线程 */
void *threadpool_thread(void *threadpool)
{
    threadpool_t *pool = (threadpool_t *)threadpool;
    threadpool_task_t task;

    while (true) 
	{
        /* Lock must be taken to wait on conditional variable */
        /*刚创建出线程，等待任务队列里有任务，否则阻塞等待任务队列里有任务后再唤醒接收任务*/
        pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

        /*queue_size == 0 说明没有任务，调 wait 阻塞在条件变量上, 若有任务，跳过该while*/
        while ((pool->queue_size == 0) && (!pool->shutdown)) 
		{  
            printf("thread 0x%x is waiting\n", (unsigned int)pthread_self());
            pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_empty), &(pool->lock));//暂停到这

            /*清除指定数目的空闲线程，如果要结束的线程个数大于0，结束线程*/
            if (pool->wait_exit_thr_num > 0) 
			{
                pool->wait_exit_thr_num--;

                /*如果线程池里线程个数大于最小值时可以结束当前线程*/
                if (pool->live_thr_num > pool->min_thr_num) 
				{
                    printf("thread 0x%x is exiting\n", (unsigned int)pthread_self());
                    pool->live_thr_num--;
                    pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));
					//pthread_detach(pthread_self());
                    pthread_exit(NULL);
                }
            }
        }

        /*如果指定了true，要关闭线程池里的每个线程，自行退出处理---销毁线程池*/
        if (pool->shutdown) 
		{
            pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));
            printf("thread 0x%x is exiting\n", (unsigned int)pthread_self());
            //pthread_detach(pthread_self());
            pthread_exit(NULL);     /* 线程自行结束 */
        }

        /*从任务队列里获取任务, 是一个出队操作*/
        task.function = pool->task_queue[pool->queue_front].function;
        task.arg = pool->task_queue[pool->queue_front].arg;

        pool->queue_front = (pool->queue_front + 1) % pool->queue_max_size;       /* 出队，模拟环形队列 */
        pool->queue_size--;

        /*通知可以有新的任务添加进来*/
        pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_full));

        /*任务取出后，立即将 线程池琐 释放*/
        pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

        /*执行任务*/ 
        printf("thread 0x%x start working\n", (unsigned int)pthread_self());
        pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));                            /*忙状态线程数变量琐*/
        pool->busy_thr_num++;                                                   /*忙状态线程数+1*/
        pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

        (*(task.function))(task.arg);                                           /*执行回调函数任务*/
        //task.function(task.arg);                                              /*执行回调函数任务*/

        /*任务结束处理*/ 
        printf("thread 0x%x end working\n", (unsigned int)pthread_self());
        pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));
        pool->busy_thr_num--;                                       /*处理掉一个任务，忙状态数线程数-1*/
        pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));
    }

    pthread_exit(NULL);
}

/* 管理线程 */
void *adjust_thread(void *threadpool)
{
    int i;
    threadpool_t *pool = (threadpool_t *)threadpool;
    while (!pool->shutdown) 
	{

        sleep(DEFAULT_TIME);                                    /*定时 对线程池管理*/

        pthread_mutex_lock(&(pool->lock));
        int queue_size = pool->queue_size;                      /* 关注 任务数 */
        int live_thr_num = pool->live_thr_num;                  /* 存活 线程数 */
        pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

        pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));
        int busy_thr_num = pool->busy_thr_num;                  /* 忙着的线程数 */
        pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

        /* 创建新线程 算法： 任务数大于最小线程池个数, 且存活的线程数少于最大线程个数时 如：30>=10 && 40<100*/
        if (queue_size >= MIN_WAIT_TASK_NUM && live_thr_num < pool->max_thr_num) 
		{
            pthread_mutex_lock(&(pool->lock));  
            int add = 0;

            /*一次增加 DEFAULT_THREAD 个线程*/
            for (i = 0; i < pool->max_thr_num && add < DEFAULT_THREAD_VARY
                    && pool->live_thr_num < pool->max_thr_num; i++) 
			{
                if (pool->threads[i] == 0 || !is_thread_alive(pool->threads[i])) 
				{
                    pthread_create(&(pool->threads[i]), NULL, threadpool_thread, (void *)pool);
                    add++;
                    pool->live_thr_num++;
                }
            }

            pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));
        }

        /* 销毁多余的空闲线程 算法：忙线程X2 小于 存活的线程数 且 存活的线程数 大于 最小线程数时*/
        if ((busy_thr_num * 2) < live_thr_num  &&  live_thr_num > pool->min_thr_num) 
		{
            /* 一次销毁DEFAULT_THREAD个线程, 隨機10個即可 */
            pthread_mutex_lock(&(pool->lock));
            pool->wait_exit_thr_num = DEFAULT_THREAD_VARY;      /* 要销毁的线程数 设置为10 */
            pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

            for (i = 0; i < DEFAULT_THREAD_VARY; i++) 
			{
                /* 通知处在空闲状态的线程, 他们会自行终止*/
                pthread_cond_signal(&(pool->queue_not_empty));
            }
        }
    }

    return NULL;
}

int threadpool_destroy(threadpool_t *pool)
{
    int i;
    if (pool == NULL) 
	{
        return -1;
    }
    pool->shutdown = true;

    /*先销毁管理线程*/
    //pthread_join(pool->adjust_tid, NULL);

    for (i = 0; i < pool->live_thr_num; i++) 
	{
        /*通知所有的空闲线程*/
        pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_empty));
    }

    /*for (i = 0; i < pool->live_thr_num; i++) 
	{
        pthread_join(pool->threads[i], NULL);
    }*/

    threadpool_free(pool);

    return 0;
}

int threadpool_free(threadpool_t *pool)
{
    if (pool == NULL) 
	{
        return -1;
    }

    if (pool->task_queue) 
	{
        free(pool->task_queue);
    }

    if (pool->threads) 
	{
        free(pool->threads);
        pthread_mutex_lock(&(pool->lock));
        pthread_mutex_destroy(&(pool->lock));
        pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));
        pthread_mutex_destroy(&(pool->thread_counter));
        pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_empty));
        pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_full));
    }

    free(pool);
    pool = NULL;

    return 0;
}

int threadpool_all_threadnum(threadpool_t *pool)
{
    int all_threadnum = -1;

    pthread_mutex_lock(&(pool->lock));
    all_threadnum = pool->live_thr_num;
    pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

    return all_threadnum;
}

int threadpool_busy_threadnum(threadpool_t *pool)
{
    int busy_threadnum = -1;

    pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));
    busy_threadnum = pool->busy_thr_num;
    pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

    return busy_threadnum;
}

int is_thread_alive(pthread_t tid)
{
    int kill_rc = pthread_kill(tid, 0);     //发0号信号，测试线程是否存活
    if (kill_rc == ESRCH) 
	{
        return false;
    }

    return true;
}

/*测试*/ 

#if 1
/* 线程池中的线程，模拟处理业务 */
void *process(void *arg)
{
    printf("thread 0x%x working on task %d\n ",(unsigned int)pthread_self(),*(int *)arg);
    sleep(1);
    printf("task %d is end\n", *(int *)arg);

    return NULL;
}

int main(void)
{
    /*threadpool_t *threadpool_create(int min_thr_num, int max_thr_num, int queue_max_size);*/
    threadpool_t *thp = threadpool_create(3,100,100);   /*创建线程池，池里最小3个线程，最大100，队列最大100*/
    printf("pool inited");

    //int *num = (int *)malloc(sizeof(int)*20);
    int num[20], i;
    for (i = 0; i < 20; i++) 
	{
        num[i]=i;
        printf("add task %d\n",i);
        threadpool_add(thp, process, (void*)&num[i]);   /* 向线程池中添加任务 */
    }

    sleep(10);                                          /* 等子线程完成任务 */
    threadpool_destroy(thp);

    return 0;
}

#endif

分析：

2 UDP通信

2.1TCP和UDP的区别

TCP：传输控制协议, 面向连接的，稳定的，可靠的，安全的数据流传递。

• 稳定和可靠: 丢包重传
• 数据有序: 序号和确认序号
• 流量控制: 滑动窗口

UDP：用户数据报协议
= 面向无连接的，不稳定，不可靠，不安全的数据报传递—更像是收发短信

• UDP传输不需要建立连接，传输效率更高，在稳定的局域网内环境相对可靠

2.2 UDP通信相关函数介绍:

1）ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)：
函数说明: 接收消息
参数说明:

• sockfd 套接字
• buf 要接受的缓冲区
• len 缓冲区的长度
• flags 标志位 一般填0
• src_addr 原地址 传出参数
• addrlen 发送方地址长度
  返回值：
• 成功: 返回读到的字节数
• 失败: 返回 -1 设置errno

调用该函数相当于TCP通信的recv+accept函数

2）**ssize_t sendto(int sockfd, const void buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr dest_addr, socklen_t addrlen)
函数说明: 发送数据
参数说明:

• sockfd 套接字
• dest_addr 目的地址
• addrlen 目的地址长度

返回值

• 成功: 返回写入的字节数
• 失败: 返回-1，设置errno

2.3 UDP的服务器和客户端编码流程

服务端：

• 创建套接字 type=SOCK_DGRAM
• 绑定ip和端口
• while(1)
  {
  收发消–recvfrom
  发消息–sendto
  }
• 关闭套接字–close

UDP客户端流程：

• 创建套接字–socket
• while(1)
  {
  收发消–recvfrom
  发消息–sendto
  }
• 关闭套接字–close

2.4 代码练习

//udp服务端
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	//创建socket
	int cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if(cfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}

	//绑定
	struct sockaddr_in serv;
	struct sockaddr_in client;
	bzero(&serv, sizeof(serv));
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(8888);
	serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	bind(cfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));

	int i;
	int n;
	socklen_t len;
	char buf[1024];
	while(1)
	{
		//读取数据
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
		len = sizeof(client);
		n = recvfrom(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&client, &len);

		//将大写转换为小写
		for(i=0; i<n; i++)
		{
			buf[i] = toupper(buf[i]);
		}
		printf("[%d]:n==[%d], buf==[%s]\n", ntohs(client.sin_port), n, buf);
		//发送数据
		sendto(cfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&client, len);
	}

	//关闭套接字
	close(cfd);

	return 0;
}

//udp客户端
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	//创建socket
	int cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if(cfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}

	int n;
	char buf[1024];
	struct sockaddr_in serv;
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(8888);
	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);

	while(1)
	{
		//读标准输入数据
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
		n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));

		//发送数据
		sendto(cfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));

		//读取数据
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
		n = recvfrom(cfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
		printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	}

	//关闭套接字
	close(cfd);

	return 0;
}

测试:
多开器几个客户端经过测试表明:, udp天然支持多客户端, 这点和TCP不同, TCP需要维护连接。

使用nc命令进行测试: nc -u 127.1 8888

3 本地socket通信

3.1 介绍

回顾一些linux系统有哪些文件类型?

• 七种。

回顾一些linux系统下有哪些常见的IPC机制?

通过查询: man 7 unix 可以查到unix本地域socket通信相关信息：
#include
#include

1）int socket(int domain, int type, int protocol)
函数说明: 创建本地域socket
函数参数:

• domain: AF_UNIX or AF_LOCAL
• type: SOCK_STREAM或者SOCK_DGRAM
• protocol: 0 表示使用默认协议

函数返回值:

• 成功: 返回文件描述符.
• 失败: 返回-1, 并设置errno值.

创建socket成功以后, 会在内核创建缓冲区, 下图是客户端和服务端内核缓冲区示意图：

*2）int bind(int sockfd, const struct sockaddr addr, socklen_t addrlen)
函数说明: 绑定套接字
函数参数:

• socket: 由socket函数返回的文件描述符
• addr: 本地地址
• addlen: 本地地址长度

函数返回值:

• 成功: 返回文件描述符。
• 失败: 返回-1, 并设置errno值。

需要注意的是: bind函数会自动创建socket文件, 若在调用bind函数之前socket文件已经存在, 则调用bind会报错, 可以使用unlink函数在bind之前先删除文件。

struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX or AF_LOCAL*/
char sun_path[108]; /* pathname */
};

通过man 2 bind, 可以查看bind函数的相关信息, 后面还有示例代码, 可以参考。

3.2 tcp的本地套接字服务器流程：

[注]：

• 可以使用TCP的方式, 必须按照tcp的流程
• 也可以使用UDP的方式, 必须按照udp的流程

流程：

• 1 创建套接字 socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0)
• 2 绑定 struct sockaddr_un &强转
  struct sockaddr_un serv;
  bzero(serv,sizeof(serv));
  serv.sun_family=AF_UNIX;
  strcpy(serv.sun_path,”./serv.sock”);
  bind(lf,(struct sockaddr *)&serv,sizeof(serv));
• 3 侦听 listen
• 4 获得新连接 accept
• 5 循环通信 read-write
• 6 关闭文件描述符 close

练习：

//本地socket通信服务端
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
	//创建socket
	int lfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
	if(lfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}

	//删除socket文件,避免bind失败
	unlink("./server.sock");

	//绑定bind
	struct sockaddr_un serv;
	bzero(&serv, sizeof(serv));
	serv.sun_family = AF_UNIX;
	strcpy(serv.sun_path, "./server.sock"); 
	int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
	if(ret<0)
	{
		perror("bind error");
		return -1;
	}

	//监听listen
	listen(lfd, 10);

	//接收新的连接-accept
	struct sockaddr_un client;
	bzero(&client, sizeof(client));
	int len = sizeof(client);
	int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client, &len);
	if(cfd<0)
	{
		perror("accept error");	
		return -1;
	}
	printf("client->[%s]\n", client.sun_path);

	int n;
	char buf[1024];

	while(1)
	{
		//读数据
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));		
		n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
		if(n<=0)
		{
			printf("read error or client close, n==[%d]\n", n);
			break;
		}
		printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);

		//发送数据
		write(cfd, buf, n);
	}

	close(lfd);

	return 0;
}

测试客户端工具:
man nc
-U Specifies to use UNIX-domain sockets.

例如: nc -U sock.s

3.3 tcp的本地套接字客户端流程

流程：

• 调用socket创建套接字
• 调用bind函数将socket文件描述和socket文件进行绑定。
  不是必须的, 若无显示绑定会进行隐式绑定，但服务器不知道谁连接了.
• 调用connect函数连接服务端
• 循环通信read-write
• 关闭文件描述符 close

练习

//本地socket通信客户端
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
	//创建socket
	int cfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
	if(cfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}

	//删除socket文件,避免bind失败
	unlink("./client.sock");

	//绑定bind
	struct sockaddr_un client;
	bzero(&client, sizeof(client));
	client.sun_family = AF_UNIX;
	strcpy(client.sun_path, "./client.sock"); 
	int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&client, sizeof(client));
	if(ret<0)
	{
		perror("bind error");
		return -1;
	}

	struct sockaddr_un serv;
	bzero(&serv, sizeof(serv));
	serv.sun_family = AF_UNIX;
	strcpy(serv.sun_path, "./server.sock");
	ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
	if(ret<0)
	{
		perror("connect error");	
		return -1;
	}

	int n;
	char buf[1024];

	while(1)
	{
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
		n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));

		//发送数据
		write(cfd, buf, n);

		//读数据
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));		
		n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
		if(n<=0)
		{
			printf("read error or client close, n==[%d]\n", n);
			break;
		}
		printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	}

	close(cfd);

	return 0;
}

3.4 补充

size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) +strlen(un.sun_path);
#define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->member)