【C/C++】C++基礎_3_進程與信號，進程間通信與信號量，/多線程，線程同步

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1.進程：fork()，grep 空

getpid庫函數功能是獲取進程編號，該函數沒有參數，返回值是進程的編號，pid_t就是typedef int pid_t



多進程












進程應用，併發的概念如下

併發的應用，以下在服務端中，在CTcpServer類中增加兩個成員函數

2.信號：signal(.,EXIT)

如下讓程序後臺運行的兩種方法，這樣ctrl+c無法中止，用killall book1，或kill 進程號



如下是信號類型，信號名實質上就是宏

如上子進程結束會向父進程發送信號名爲SIGCHLD，如果父進程沒有處理這個信號，那這個子進程就變成了殭屍進程。信號值11就是自己非法使用空指針或者亂用地址，和信號值9一樣就算加上忽略代碼也不能被忽略。




下面 EXIT函數就是自定義函數，TcpServer設爲全局變量因爲EXIT函數要訪問它並關閉socket

如下ctrl+c和kill/killall命令都能調用EXIT函數來關閉進程，不叫殺進程了，叫通知退出


下面是操作系統kill命令發信號，不是C語言kill函數。kill不能殺其他用戶進程

kill函數的返回值爲0成功，-1失敗。這個特點會用在進程的監控上，下面argv[1]就是kill第一個參數即pid編號，argv[2]第二個參數是信號值

3.進程間通信：shmget()

進程數據空間是相互獨立的，不能互相訪問。但某些情況下進程間需要互相通信來完成系統某項功能或交換數據，如下是進程通信場景

消息隊列類似socket，不過只能在本機。一般共享內存和信號燈結合起來用，如下是進程通信方式





示例程序：對指針操作相當於對共享內存操作

寫入的就是字符串"本程序的進程…"，有redis就不用自己寫共享內存

如下是兩個共享內存的操作命令

4.信號量：semget()

信號量（信號燈）本質上是一個計數器，用於協調多個進程（包括但不限於父子進程）對共享數據對象的讀/寫。它不以傳送數據爲目的，主要是用來保護共享資源（信號量、消息隊列、socket連接等），保證共享資源在一個時刻只有一個進程獨享。信號量是一個特殊的變量，只允許進程對它進行等待信號和發送信號操作。最簡單的信號量是取值0和1的二元信號量，這是信號量最常見的形式。通用信號量（可以取多個正整數值）和信號量集方面的知識比較複雜，應用場景也比較少。本文只介紹二元信號量。
Linux中提供了一組函數用於操作信號量，程序中需要包含以下頭文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

爲了便於理解，我把信號量的操作封裝成CSEM類，稱之爲信號燈，類似互斥鎖，包括初始化信號燈、等待信號燈、掛出信號燈和銷燬信號燈。

// book259.cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
 
class CSEM
{
private:
  union semun  // 用於信號燈操作的共同體。
  {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *arry;
  };
 
  int  sem_id;  // 信號燈描述符。
public:
  bool init(key_t key); // 如果信號燈已存在，獲取信號燈；如果信號燈不存在，則創建信號燈並初始化。
  bool wait();          // 等待信號燈掛出。
  bool post();          // 掛出信號燈。
  bool destroy();       // 銷燬信號燈。
};
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   CSEM sem;
 
   // 初始信號燈。
   if (sem.init(0x5000)==false) { printf("sem.init failed.\n"); return -1; }
   printf("sem.init ok\n");
  
   // 等待信信號掛出，等待成功後，將持有鎖。
   if (sem.wait()==false) { printf("sem.wait failed.\n"); return -1; }
   printf("sem.wait ok\n");
 
   sleep(50);  // 在sleep的過程中，運行其它的book259程序將等待鎖。
  
   // 掛出信號燈，釋放鎖。
   if (sem.post()==false) { printf("sem.post failed.\n"); return -1; }
   printf("sem.post ok\n");
  
   // 銷燬信號燈。
   // if (sem.destroy()==false) { printf("sem.destroy failed.\n"); return -1; }
   // printf("sem.destroy ok\n");
}
 
bool CSEM::init(key_t key)
{
  // 獲取信號燈。
  if ( (sem_id=semget(key,1,0640)) == -1)
  {
    // 如果信號燈不存在，創建它。
    if (errno==2)
    {
      if ( (sem_id=semget(key,1,0640|IPC_CREAT)) == -1) { perror("init 1 semget()"); return false; }
 
      // 信號燈創建成功後，還需要把它初始化成可用的狀態。
      union semun sem_union;
      sem_union.val = 1;
      if (semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union) <  0) { perror("init semctl()"); return false; }
    }
    else
    { perror("init 2 semget()"); return false; }
  }
 
  return true;
}
 
bool CSEM::destroy()
{
  if (semctl(sem_id,0,IPC_RMID) == -1) { perror("destroy semctl()"); return false; }
 
  return true;
}
 
bool CSEM::wait()
{
  struct sembuf sem_b;
  sem_b.sem_num = 0;
  sem_b.sem_op = -1;
  sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
  if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { perror("wait semop()"); return false; }
   
  return true;
}
 
bool CSEM::post()
{
  struct sembuf sem_b;
  sem_b.sem_num = 0;
  sem_b.sem_op = 1;  
  sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
  if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { perror("post semop()"); return false; }
 
  return true;
}

5.多線程：pthread_create()

新客戶端連上啓動一個線程而不是進程，下面爲查看線程主函數怎麼寫，pthread_create是C語言庫函數，yum install -y man-pages

如下在如上一行輸出的頁面EXAMPLE中找到

將thread_start改爲pth_main（線程主函數），如下就按照上面形式這麼寫，pth_main函數作爲pthread_create函數的第三個參數，pthread_create第四個參數是pth_main函數的參數，pth_main函數只有一個無類型指針參數arg，以下在服務端中



下面打印出socket




如上（void*）ii = void*arg，ii傳入arg

單進程多線程：只殺進程（不存在殺線程），進程殺了線程自動退出。多進程：父進程被殺，子進程不退。多線程：會出現賦值沒完成線程切換，值被取走，值就不是原來那個值。線程有joinable和unjoinable兩種狀態，如果線程是joinable狀態，當線程主函數終止時（自己退出或調用pthread_exit退出）不會釋放線程所佔用內存資源和其它資源，這種線程被稱爲“殭屍線程”。創建線程時默認是非分離的，或者稱爲可連接的（joinable）。避免殭屍線程就是如何正確的回收線程資源，有四種方法：
方法一：創建線程前，調用pthread_attr_setdetachstate將線程設爲detached，這樣線程退出時，系統自動回收線程資源。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);  // 設置線程的屬性。
pthread_create(&pthid,&attr,pth_main,(void*)((long)TcpServer.m_clientfd);

方法二：創建線程後，在創建線程的程序中調用pthread_detach將新創建的線程設置爲detached狀態。

pthread_detach(pthid);

方法三：創建線程後，在創建線程的程序中調用pthread_join等待線程退出，一般不會採用這種方法，因爲pthread_join會發生阻塞。

pthread_join(pthid,NULL);

方法四：在線程主函數中調用pthread_detach改變自己的狀態。

 pthread_detach(pthread_self());

查看線程：1）在top命令中，如果加上-H參數，top中的每一行顯示的不是進程，而是一個線程。

top -H

2）在ps命令中加-xH參數也可以顯示線程，加grep可以過濾內容。

ps -xH
ps -xH|grep book260

6.線程同步：pthread_mutex_t

pthread_mutex_t 結構體。數據輸入：網頁登陸。數據展示：java，微軟的.net，c#。共享資源：全局變量，全局對象（數據庫連接池，socket，日誌文件對象）。多線程可以共享資源（變量和對象），對編程帶來了方便，但是某些對象雖然可以共享，但在同一個時間只能由一個線程使用，多個線程同時使用會產生衝突，例如socket連接，數據庫連接池。

打開方式爲a+，因爲日誌文件不斷在末尾追加內容

如下book242沒有把內容寫在屏幕上而是寫到了日誌文件

killall book242 殺死進程後上面查看.log文件就可顯示，以下修改爲可選緩衝區寫解決緩衝問題


多個線程用logfile共享資源，可能會出問題（文件內容寫錯亂），下面給logfile定義一個鎖，一個共享資源一個鎖





上面運行和之前寫入日誌一樣，表面看不出效果，以下修改睡一秒

如下將前幾章節socket客戶端程序改爲多線程book263.cpp

#include "_public.h"
#include <pthread.h> 
//xx pthread_mutex_t mutex; // 申明一個互斥鎖 
// 與客戶端通信線程的主函數
void *pth_main(void *arg)
{
  int pno=(long)arg;   // 線程編號 
  pthread_detach(pthread_self()); 
  char strbuffer[1024];
 
  for (int ii=0;ii<3;ii++)    // 與服務端進行3次交互。
  {
    //xx pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加鎖
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    sprintf(strbuffer,"線程%d：這是第%d個超級女生，編號%03d。",pno,ii+1,ii+1);
    if (TcpClient.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break;
    printf("發送：%s\n",strbuffer);
 
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    if (TcpClient.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break;
    printf("線程%d接收：%s\n",pno,strbuffer);
    //xx pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 釋放鎖
    // usleep(100);   // usleep(100)，否則其它的線程無法獲得鎖。
  }
 
  pthread_exit(0);
}
 
int main()
{
  // 向服務器發起連接請求
  if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5051)==false)
  { printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.16.0.15\",5051) failed,exit...\n"); return -1; }
 
  //xx pthread_mutex_init(&mutex,0); // 創建鎖
 
  pthread_t pthid1,pthid2;
  pthread_create(&pthid1,NULL,pth_main,(void*)1);   // 創建第一個線程
  pthread_create(&pthid2,NULL,pth_main,(void*)2);   // 創建第二個線程
 
  pthread_join(pthid1,NULL);    // 等待線程1退出。
  pthread_join(pthid2,NULL);    // 等待線程2退出。
 
  //xx pthread_mutex_destroy(&mutex[ii]);   // 銷燬鎖
}

客戶端成功連上服務器後，創建兩個線程，同時與服務端進行通信，發送3個請求報文並接收服務端的迴應。book263.cpp暫時不啓用鎖，先試試效果。啓動服務端程序book261，然後再啓動book263。

發現客戶端的兩個線程的報文收發出現了混亂。把book263.cpp的線程鎖代碼啓用，編譯運行。