（P37）posix线程：POSIX线程库相关函数，进程和线程的对比，用线程实现回射客户/服务器

文章目录

• ​​1.POSIX线程库相关函数​​
• ​​2.进程和线程的对比​​
• ​​3.用线程实现回射客户/服务器​​

1.POSIX线程库相关函数

• POSIX线程库
  （1）与线程有关的函数构成了一个完整的系列，绝大多数函数的名字都是以pthread_开头的
  （2）要使用这些函数库，要通过引入头文件<pthread.h>
  （3）链接这些线程函数库时，要使用编译器命令的 -lpthread
• pthread_creat函数

功能：创建一个新的线程（线程是单独的控制序列）

原型：
int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,
        void*（*start_routine)(void*),void *arg);

参数：
thread:返回线程ID
attr：设置线程的属性，attr为NULL，表示使用默认属性
start_routine:是个函数地址，线程启动后要执行的函数
arg：传给线程启动函数的参数

返回值：
成功返回0；
失败返回错误码；

• 错误检查：每个线程都有自己的errno变量
  （1）传统的一些函数是，成功返回0，失败返回-1，并且对全局变量errno赋值以指示错误
  （2）pthreads函数出错时，不会设置全局变量errno(而大部分其它POSIX函数会这样做)。而是将错误代码通过返回值返回。
  （3）pthreads同样也提供了线程内的errno变量，以支持其它使用errno的代码。
  对于pthreads函数的错误，建议通过返回值判定，因为读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销要小。
• pthread_exit函数

功能：线程终止

原型：
void pthread_exit(void *value_ptr);

参数：
value_ptr:value_ptr不要指向一个局部变量

返回值：
无返回值，与进程一样，线程结束的时候，无法返回到他的调用者(自身)

• pthread_join函数

功能：等待线程结束

原型：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

参数：
thread:线程ID
value_ptr：他指向一个指针，后者指向线程的返回值

返回值：
成功返回0；
失败返回错误码；

• pthread_self函数

功能：返回线程ID

原型：
pthread_t pthread_self(void);

返回值：
成功返回0

• pthread_cancel函数

功能：取消一个执行中的线程

原型：
int pthread_cancel(pthread_t thread);

参数：
thread：线程ID

返回值：成功返回0；
失败返回错误码；

• pthread_detach函数：避免僵尸线程

功能：将一个线程分离

原型：
int pthread_detach(pthread_t thread);

参数：
thread：线程ID

返回值：
成功返回0；
失败返回错误码；

• eg：NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P37thread_create.c

//
// Created by wangji on 19-8-14.
//

// p37 poxis 线程(一)

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>

using namespace std;


#define ERR_EXIT(m) \
        do  \
        {   \
            perror(m);  \ //perror检查的是全局的error变量
            exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0);

void * start_routine (void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        printf( "B");
        fflush(stdout);
        usleep(20);
        if(i == 3)
            pthread_exit("ABC");//pthread_exit退出
    }
    sleep(3);
    //return (char *)"hello";//整个代码执行完毕退出
}

int main(int argc, char** argv) {
    int ret;
    pthread_t tid;

    ret = pthread_create(&tid, NULL, start_routine, NULL);//线程id由tid返回
    if (ret != 0)
    {
        fprintf(stderr,"pthread_creat:%s\n",strerror(ret));//错误码通过函数返回
        ERR_EXIT("pthread_create");
    }

    //主线程结束，整个进程就会结束
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        printf( "A");
        fflush(stdout);
        usleep(20);
    }

     void *retval;
    // if (pthread_join(tid, &retval) != 0)
    // {
    //     ERR_EXIT("pthread_join");
    // }

    //return (char *)"hello"中的hello也会传递到retval
    if ((ret = pthread_join(tid, &retval)) != 0 )//等待新创建的线程结束,将pthread_exit中的ABC传递到retval，类似waitpid
    {
        fprintf(stderr,"pthread_join:%s\n",strerror(ret));//错误码通过函数返回
        ERR_EXIT("pthread_create");
    } 
    printf("return msg=%s\n", (char *)retval);

    return 0;
}

=================================================Makefile文件=========================================
.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01thread
%.c:%.o
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
01thread:01thread.o
    $(CC) $(CFLAGS) -c $^ -o $@ -lpthread
clean:
    rm -f *.o $(BIN)

• 测试：
  2个线程是交替运行的，先运行谁，这取决于系统如何调度线程的

2.进程和线程的对比

进程	线程
pid_t	thread_t
fork	pthread_creat
等待子进程waipid	pthread_join
退出进程，可以在任何位置调用exit	退出线程，在线程控制序列的任何位置调用pthread_exit
退出线程，在线程控制序列的任何位置调用pthread_exit	在线程入口函数中调用return（表示线程执行完毕，则线程消亡）

• 僵尸进程与僵尸线程
  （1）僵尸进程(产生：子进程结束，父进程还没结束，那么子进程会保留一个状态直到父进程调用wait或者waitpid，此时僵尸进程的状态才消失)
  （2）僵尸线程（产生：子线程结束了，而主线程没有调用join，那么子线程将处于僵尸线程的状态，因为有些主线程不会使用join，所以可以调用pthread_detach脱离一个线程，该方法不会产生僵尸线程）
• 线程的结束方式
  （1）自杀
  退出线程，在线程控制序列的任何位置调用pthread_exit；
  在线程入口函数中调用return（表示线程执行完毕，则线程消亡）；
  （2）他杀
  pthread_cancel（一个线程杀死另外一个线程）

3.用线程实现回射客户/服务器

• eg：NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P37threadechosrv.c

//
// Created by wangji on 19-8-6.
//

// p37 poxis 线程(一)

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>


using namespace std;

struct packet
{
    int len;
    char buf[1024];
};

#define ERR_EXIT(m) \
        do  \
        {   \
            perror(m);  \
            exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0);

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft = count;   // 剩余字节数
    ssize_t nread;
    char *bufp = (char*) buf;

    while (nleft > 0)
    {
        nread = read(fd, bufp, nleft);
        if (nread < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
            {
                continue;
            }
            return  -1;
        } else if (nread == 0)
        {
            return count - nleft;
        }

        bufp += nread;
        nleft -= nread;
    }
    return count;
}

ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft = count;
    ssize_t nwritten;
    char* bufp = (char*)buf;

    while (nleft > 0)
    {
        if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
            {
                continue;
            }
            return -1;
        }
        else if (nwritten == 0)
        {
            continue;
        }
        bufp += nwritten;
        nleft -= nwritten;
    }
    return count;
}

ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
    while (1)
    {
        int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK); // 查看传入消息
        if (ret == -1 && errno == EINTR)
        {
            continue;
        }
        return ret;
    }
}

ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
    int ret;
    int nread;
    char *bufp = (char*)buf;    // 当前指针位置
    int nleft = maxline;
    while (1)
    {
        ret = recv_peek(sockfd, buf, nleft);
        if (ret < 0)
        {
            return ret;
        }
        else if (ret == 0)
        {
            return ret;
        }
        nread = ret;
        int i;
        for (i = 0; i < nread; i++)
        {
            if (bufp[i] == '\n')
            {
                ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
                if (ret != i+1)
                {
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                return ret;
            }
        }
        if (nread > nleft)
        {
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        nleft -= nread;
        ret = readn(sockfd, bufp, nread);
        if (ret != nread)
        {
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        bufp += nread;
    }
    return -1;
}

void echo_srv(int connfd)
{
    char recvbuf[1024];
    // struct packet recvbuf;
    int n;
    while (1)
    {
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        int ret = readline(connfd, recvbuf, 1024);
        if (ret == -1)
        {
            ERR_EXIT("readline");
        }
        if (ret == 0)
        {
            printf("client close\n");
            break;
        }

        fputs(recvbuf, stdout);
        writen(connfd, recvbuf, strlen(recvbuf));
    }

}


void * start_routine(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    
    /*
    （1）方法1：
        int conn = *((int*)arg);//已连接套接字传递过来了
    （2）方法2：
        int conn = arg;//已连接套接字传递过来了
    （3）方法3：
        int conn = *((int*)arg);//已连接套接字传递过来了
        free(arg)；
    */
    int conn = arg;//已连接套接字传递过来了
    echo_srv(conn);//调用回射服务器
    printf("exiting thread...\n");
    // return (char *)"hello";
    return NULL;
}

int main(int argc, char** argv) {
    // 1. 创建套接字
    int listenfd;
    if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) {
        ERR_EXIT("socket");
    }

    // 2. 分配套接字地址
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(6666);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    // servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    // inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);

    int on = 1;
    // 确保time_wait状态下同一端口仍可使用
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0) {
        ERR_EXIT("setsockopt");
    }

    // 3. 绑定套接字地址
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        ERR_EXIT("bind");
    }
    // 4. 等待连接请求状态
    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) {
        ERR_EXIT("listen");
    }
    // 5. 允许连接
    struct sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);


    // 6. 数据交换
    pid_t pid;
    while (1) {
        int connfd;
        if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &peeraddr, &peerlen)) < 0) {
            ERR_EXIT("accept");
        }

        printf("ip = %s, ", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr));
        printf("port = %d\n", ntohs(peeraddr.sin_port));

        pthread_t thread;

        /*
        (1)方式1,如果以前的start_routine没有将connfd取走的话，新的connfd又来了，他可能指向新的connfd，而原来的connfd就取不到了
        这称之为：race condition静态问题，所以不要用这样的指针传递，可以用下面的（2）值传递
        int ret = pthread_create(&thread, NULL,  start_routine, (void *)&connfd);//start_routine线程入口函数

        (2)方式2：但是(void *)在32bit机器上是4个字节，在64bit机器上8字节，所以是不可移植的
        int ret = pthread_create(&thread, NULL,  start_routine, (void *)connfd);//start_routine线程入口函数

        (3)方式3：避免了（1）的静态问题，还解决了（2）的可移植问题
        int *p = malloc(sizeof(int));
        *p = connfd;
        int ret = pthread_create(&thread, NULL,  start_routine, p);//start_routine线程入口函数
        */
       //每个线程处理一个客户端连接
        int ret = pthread_create(&thread, NULL,  start_routine, (void *)connfd);//start_routine线程入口函数
        if (ret != 0)
        {   
            fprintf(stderr,"pthread_create:%s\n",strerror(ret));
            ERR_EXIT("pthread_create");//可直接写成exit(EXIT_FAILURE);
        }
        /*
        pid = fork();
        if (pid == -1)
            ERR_EXIT("fork");
        if (pid == 0)//子进程处理回射服务
        {
            close(listenfd);
            echo_srv(connfd);//调用回射服务器
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        else//父进程关闭连接套接字
            close(connfd);
        */

    }
    // 7. 断开连接
    close(listenfd);


    return 0;
}

================================Makeflie==================================
.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01thread echosrv echocli
all:$(BIN)
%.c:%.o
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
01thread:01thread.o
    $(CC) $(CFLAGS) -c $^ -o $@ -lpthread
echosrv:echoerv.o
    $(CC) $(CFLAGS) -c $^ -o $@ -lpthread
clean:
    rm -f *.o $(BIN)

• 测试结果
  一个客户端过来，就创建一个新的线程来处理它
  
  客户端退出，线程也就结束了