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）。

1、pthread_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。

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：func和arg。

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。

2、pthread_join()函数

pthread_join()函数用于等待一个线程终止。

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。

3、pthread_detach()函数

pthread_detach()函数将指定的线程变成脱离的。

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。

4、pthread_self()函数

每一个线程都有一个ID，pthread_self()函数返回自己的线程ID。

线程可以通过如下语句将自己设置为可脱离的：

pthread_detach（pthread_self（））;

5、pthread_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。

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.c和mproc_client.c所在目录。

4、执行命令gcc–omthread_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个“终端”，执行命令进入mthread_server.c和mproc_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个“终端”，执行命令进入mthread_server.c和mproc_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);
}