（五十二）高併發服務器——多線程模型

在使用線程模型開發服務器時需考慮以下問題：
　　1.調整進程內最大文件描述符上限
　　2.線程如有共享數據，考慮線程同步
　　3.服務於客戶端線程退出時，退出處理。（退出值，分離態）
　　4.系統負載，隨着鏈接客戶端增加，導致其它線程不能及時得到CPU
　　多線程的機制一般是使用線程池，模型如下：
　　

/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include "wrap.h"

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000

struct s_info {
    struct sockaddr_in cliaddr;
    int connfd;
};

void *do_work(void *arg)
{
    int n,i;
    struct s_info *ts = (struct s_info*)arg;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];

    /* 可以在創建線程前設置線程創建屬性,設爲分離態效率高 */
    pthread_detach(pthread_self());

    while (1)
    {
        n = Read(ts->connfd, buf, MAXLINE);

        if (n == 0)
        {
            printf("the other side has been closed.\n");
            break;
        }

        printf("received from %s at PORT %d\n",inet_ntop(AF_INET, &(*ts).cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs((*ts).cliaddr.sin_port));

        for (i = 0; i < n; i++)
            buf[i] = toupper(buf[i]);

        Write(ts->connfd, buf, n);
    }
    Close(ts->connfd);
}

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    int i = 0;
    pthread_t tid;
    struct s_info ts[383];//相當於線程個數

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, 20);

    printf("Accepting connections ...\n");

    while (1)
    {
        cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
        connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
        ts[i].cliaddr = cliaddr;    //客戶端地址
        ts[i].connfd = connfd;      //用於通信的socket

        /* 達到線程最大數時，pthread_create出錯處理, 增加服務器穩定性*/
        pthread_create(&tid, NULL, do_work, (void*)&ts[i]);
        i++;
    }
    return 0;
}

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, n;

    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL)
    {
        Write(sockfd, buf, strlen(buf));
        n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
        if (n == 0)
            printf("the other side has been closed.\n");
        else
            Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }
    Close(sockfd);
    return 0;
}

　　
　　
以下是出錯處理的封裝，可以參考第五十篇博客

/* wrap.c */
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
/* 打印錯誤原因並退出 */
void perr_exit(const char *s)
{
    perror(s);
    exit(1);
}

/* accept出錯封裝 */
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr)
{
    int n;//保存用於通信的socket文件描述符
again:
    if ( (n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0)
    {
        if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))
            goto again;//如果連接終止 或 被信號中斷 則再試一次
        else
            perr_exit("accept error");
    }
    return n;
}

/* 綁定IP、端口號和socket,出錯則返回錯誤信息 */
void Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (bind(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("bind error");
}

/* 客戶機連接服務器函數封裝,錯誤則打印出錯信息 */
void Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (connect(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("connect error");
}

/* listen函數出錯處理封裝 */
void Listen(int fd, int backlog)
{
    if (listen(fd, backlog) < 0)
        perr_exit("listen error");
}

/* 建立套接字socket出錯處理封裝 */
int Socket(int family, int type, int protocol)
{
    int n;//保存建立socket時返回的文件描述符
    if ( (n = socket(family, type, protocol)) < 0)
        perr_exit("socket error");
    return n;
}

/* read函數出錯處理封裝 */
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//讀到的字節數
again:
    if ( (n = read(fd, ptr, nbytes)) == -1)
    {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由於信號被中斷 則再試一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* write函數出錯處理封裝 */
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//被寫入的字節數
again:
    if ( (n = write(fd, ptr, nbytes)) == -1) {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由於信號被中斷 則再試一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* close關閉文件出錯處理封裝 */
void Close(int fd)
{
    if (close(fd) == -1)
        perr_exit("close error");
}

/* 至少讀滿n個字符再返回 */
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;   //剩下的字符數
    ssize_t nread;  //已讀的字符數
    char *ptr;      //讀寫指針

    /* 初始化 */
    ptr = vptr;
    nleft = n;

    /* 至少讀滿n個字節返回,或出錯返回 */
    while (nleft > 0)
    {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0)//如果讀出錯
        {
            if (errno == EINTR)//是由於信號中斷的話 則退出讀
                nread = 0;
            else
                return -1;
        }
        else if (nread == 0)//信號中斷 或 讀到空 則退出
            break;

        nleft -= nread;//記錄每次讀完,還剩的未讀的字節數
        ptr += nread;  //爲將下一次讀到的值補充到這次的末尾做準備
    }
    return n - nleft;  //返回已讀到的字節數
}

/* 寫滿n個字符才返回 */
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;       //剩下還要寫的字節個數
    ssize_t nwritten;   //已經寫的字節個數
    const char *ptr;    //寫指針

    /* 初始化 */
    ptr = vptr;
    nleft = n;

    while (nleft > 0)
    {
        if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0)
        {
            if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
                nwritten = 0;
            else
                return -1;
        }

        nleft -= nwritten;  //寫完這次之後,剩下還要寫的字節個數
        ptr += nwritten;    //寫完這次之後,從這次的末尾繼續寫
    }
    return n;
}

/*返回第一次調用時字符串的一個字符,調用一次返回下一個字符,供下面的函數調用*/
/* fd爲要讀的文件 ptr爲要返回的字符(爲傳出參數) */
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr)
{
    /* 定義靜態變量,上一次調用的值會被保存 */
    static int read_cnt;    //剩下待返回的字符串的長度,系統將其初始化爲0
    static char *read_ptr;  //當前讀到的位置
    static char read_buf[128];  //讀到的字符串

    if (read_cnt <= 0)
    {
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)//如果是被信號中斷 則再試一次
                goto again;
            return -1;
        } else if (read_cnt == 0)//如果讀到的字節數爲0(即讀到的文件爲空)
            return 0;

        /* 否則有讀到內容 則將讀指針指向該字符串的首部 */
        read_ptr = read_buf;
    }

    //返回當前指向的字符,之後指向下一個字符,供下一調用時使用
    *ptr = *read_ptr++;
    read_cnt--;//剩下待返回的字符串的長度減一
    return 1;//調用成功返回1
}

/* 一次讀一行 */
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t n, rc;
    char c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1)//獲取一個字符
        {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')//如果是換行就退出
                break;
        } else if (rc == 0)//如果讀完了就返回讀到的字節數
        {
            *ptr = 0;
            return n - 1;
        } else
            return -1;
    }
    *ptr = 0;
    return n;
}

/* wrap.h */
#ifndef __WRAP_H_
#define __WRAP_H_
void perr_exit(const char *s);
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr);
void Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
void Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
void Listen(int fd, int backlog);
int Socket(int family, int type, int protocol);
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes);
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes);
void Close(int fd);
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n);
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n);
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr);
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen);
#endif

測試方式可以參考第五十一篇博客