1 学习目标
- 了解线程池模型的设计思想
- 能看懂线程池实现源码
- 掌握tcp和udp的优缺点和使用场景
- 说出udp服务器通信流程
- 说出udp客户端通信流程
- 独立实现udp服务器代码
- 独立实现udp客户端代码
- 熟练掌握本地套接字进行本地进程通信
2 线程池
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?
使用回到函数, 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.
2.1 通过阅读线程池代码思考如下问题?
- 熟悉结构体 threadpool_t
- 线程池如何创建起来?
- 各种初始化，malloc，pthread_create，pthread_cond_init pthread_mutex_init
- 线程池内都有几类线程?
- 2类：管理线程+工作线程
- 管理者线程的任务是什么?任务如何实现?
- 任务是添加线程或者删除线程，通过2个算法，删除线程 wait_exit_thr_num = 10
- 工作线程如何工作?
- 等待有任务，抢到任务，修改busy_thr_num ++ 执行任务 修改 busy_thr_num –
- 线程池是如何销毁的?
- 自爆shutdown 诱杀！
2.2 讲解代码threadpoolsimple.c
2.3 讲解代码 pthreadpool.c
3 UDP通信
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
3.1 UDP通信相关函数介绍
3.1.1 接收消息 recvfrom
函数原型：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
3.1.2 发送数据
函数原型：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
3.2 UDP的服务器编码流程
- 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
3.3 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
3.4 编写udp代码并进行测试
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
4 本地socket通信
回顾一些linux系统有哪些文件类型?
回顾一些linux系统下有哪些常见的IPC机制?
4.1 函数说明: 创建本地域:socket
通过查询: man 7 unix 可以查到unix本地域socket通信相关信息:
注意本地socket需要加头文件<sys/un.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
函数参数:
- domain: AF_UNIX or AF_LOCAL
- t- ype: 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.
4.2 绑定套接字：bind
函数原型：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文件类型, 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.
4.3 本地套接字服务器的流程
- 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
4.4 tcp的本地套接字服务器流程
- 创建套接字 socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0)
- 绑定 struct sockaddr_un &强转
- 侦听 listen
- 获得新连接 accept
- 循环通信 read-write
- 关闭文件描述符 close
//本地socket通信服务端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/un.h>
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;
}
4.5 tcp本地套接字客户端流程：
- 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
//本地socket通信客户端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/un.h>
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;
}
4.6 编写代码并进行测试
测试客户端工具:
man nc
-U Specifies to use UNIX-domain sockets.
例如: nc -U sock.s
5 offsetof函数
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) +strlen(un.sun_path);
#define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->member)