Liunx C 编程之多线程与Socket
多线程
pthread.h 是 linux 特有的头文件，POSIX 线程（POSIX threads），简称 Pthreads，是线程的 POSIX 标准。该标准定义了创建和操纵线程的一整套 API。在类 Unix 操作系统（Unix、Linux、Mac OS X 等）中，都使用 Pthreads 作为操作系统的线程。Windows 操作系统也有其移植版 pthreads-win32。
创建线程
1.pthread_create 创建一个新线程并使之运行起来。该函数可以在程序的任何地方调用包括线程内，线程是没有依赖关系的。
2. 一个进程可以创建的线程最大数量取决于系统实现
3. pthread_create 参数：
thread：返回一个不透明的，唯一的新线程标识符。
attr：不透明的线程属性对象。可以指定一个线程属性对象，或者 NULL 为缺省值。
start_routine：线程将会执行一次的 C 函数。
arg: 传递给 start_routine 单个参数，传递时必须转换成指向 void 的指针类型。没有参数传递时，可设置为 NULL。
pthread_create (threadid,attr,start_routine,arg)
结束线程
1. 结束线程的方法有一下几种：
线程从主线程（main 函数的初始线程）返回。
线程调用了 pthread_exit 函数。
其它线程使用 pthread_cancel 函数结束线程。
调用 exec 或者 exit 函数，整个进程结束。
2. 如果 main()在其他线程创建前用 pthread_exit() 退出了，其他线程将会继续执行。否则，他们会随着 main 的结束而终止。
pthread_exit (status) int pthread_cancel(pthread_t threadid);
等待线程状态
pthread_join (threadid,status)
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <pthread.h> //liunx 线程头文件 3 #include <stdlib.h> 4 //线程 5 void *thread1_proc(void *arg) 6 { 7 int i=*(int *)arg; //取出内容 8 free(arg);//释放空间 9 while(i<105) 10 { 11 printf("thread1:%-5d",i); 12 sleep(2);//延时等待两秒 13 i++; 14 } 15 printf("Thread1 finished!\n"); 16 pthread_exit(NULL);//终止当前线程 17 } 18 void main() 19 { 20 pthread_t thread1; 21 int *ixi=(int *)malloc(sizeof(int));//在堆中申请一块内容 22 *ixi=100; //存在内容 23 if(pthread_create(&thread1,NULL,thread1_proc,(void *)ixi)!=0)//创建线程 1 并传递参数 24 perror("Create thread failed：");//创建错误时执行 25 //终止当前线程，此时会子线程会执行完毕，相当于在此处 join 所有子线程一样 26 pthread_exit(NULL);//（1）结束主 27 // pthread_join(thread1,NULL);//（2）可替换上一条 28 printf("主线程已经退出，本条不执行"); //（1）不执行，（2）执行该条 29 }
多线程共享资源
共享资源时可能会出现操作未完成而被另一个线程打破，造成资源存取异常
锁
定义变量
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t lockx;
初始化
pthread_mutex_init(&lockx,NULL);
上锁与解锁
pthread_mutex_lock(&lockx);//上锁 //独立资源 //代码块 pthread_mutex_unlock(&lockx);//解锁
信号量
实现循序控制
定义变量
#include <semaphore.h>
sem_t can_scanf;
初始化
sem_init(&can_scanf,0,1);
PV 操作
sem_wait(&can_scanf);//等待信号量置位并进行减一操作 sem_post(&can_scanf); //信号量加一 操作
例子
主线程负责从键盘获取两个整数，子线程 1 负责对这两个整数完成求和运算并把结果打印出来，子线程 2 负责对这两个整数完成乘法运算并打印出来。三个线程要求遵循如下同步顺序：
1. 主线程获取两个数；
2. 子线程 1 计算；
3. 子线程 2 计算；
4. 转（1）
1 #include <stdio.h> 2 #include <semaphore.h> 3 #include <pthread.h> 4 #include <stdlib.h> 5 sem_t can_add;//能够进行加法计算的信号量 6 sem_t can_mul;//能够进行输入的信号量 7 sem_t can_scanf;//能够进行乘法计算的信号量 8 int x,y; 9 void *thread_add(void *arg)//加法线程入口函数 10 { 11 while(1) 12 { 13 sem_wait(&can_add); 14 printf("%d+%d=%d\n",x,y,x+y); 15 sem_post(&can_mul); 16 } 17 } 18 void *thread_mul(void *arg)//乘法线程入口函数 19 { 20 while(1) 21 { 22 sem_wait(&can_mul); 23 printf("%d*%d=%d\n",x,y,x*y); 24 sem_post(&can_scanf); 25 } 26 } 27 int main() 28 { 29 pthread_t tid; 30 int arg[2]; 31 //信号量初始化 32 sem_init(&can_scanf,0,1); 33 sem_init(&can_add,0,0); 34 sem_init(&can_mul,0,0); 35 if(pthread_create(&tid,NULL,thread_add,NULL)<0) 36 { 37 printf("Create thread_add failed!\n"); 38 exit(0); 39 } 40 if(pthread_create(&tid,NULL,thread_mul,NULL)<0) 41 { 42 printf("Create thread_mul failed!\n"); 43 exit(0); 44 } 45 while(1) 46 { 47 sem_wait(&can_scanf);//等待信号量置位并进行减一操作 48 printf("Please input two integers:"); 49 scanf("%d%d",&x,&y); 50 sem_post(&can_add);//信号量加一 操作 51 } 52 }
Socket 编程
数据包的发送
（1）TCP（write/send）
基于流的，没有信息边界，所以发送的包的大小没有限制；但由于没有信息边界，就得要求要求应用程序自己能够把逻辑上的包分割出来。
（2）UDP(sendto)
基于包的，应用层的包在由下层包的传输过程中因尽量避免有分片——重组的发生，否则丢包的概率会很大，在以太网中，MTU 的大小为 46——1500 字节，除掉 IP 层头、udp 头，应用层的 UDP 包不要超过 1472 字节。鉴于 Internet 上的标准 MTU 值为 576 字节, 所以我建议在进行 Internet 的 UDP 编程时。 最好将 UDP 的数据长度控制在 548 字节 (576-8-20) 以内.
数据包的接收
（1）TCP(read/recv)
如果协议栈缓冲区实际收到的字节数大于所请求的字节数，则返回实际要读取的字节数，剩余未读取的字节数下次再读；
如果协议栈缓冲区实际收到的字节数小于所请求的字节数，则返回所能提供的字节数；
（2）UDP(recvfrom)
如果协议栈缓冲区实际收到的字节数大于所请求的字节数，在 linux 下会对数据报进行截段，并丢弃剩下的数据；
如果协议栈缓冲区实际收到的字节数小于所请求的字节数，则返回所能提供的字节数；
注意点
当发送函数返回时，并不表示数据包已经到达了目标计算机，仅仅说明待发送的数据包被协议栈给接收了；
UDP 的数据包要么被接收，要么丢失；TCP 的数据报一定会无差错按序交付给对方
TCP
服务端
1、连接 WiFi 或者开启 AP, 使模块接入网络
2、socket 创建一个套接字
socket 可以认为是应用程序和网络之间信息传输通道，所以 TCP 编程服务端、客户端的第一步就是要建立这个信息传输的通道，主要通过 socket 函数完成。
3、 Bind socket 信息
给在第一步中所创建的 socket 显式指定其 ip 地址和端口号 (bind)
其中结构体为：
//设置 server 的详情信息 struct sockaddr_in server_addr,client_addr; u32_t sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); server_addr.sin_family = AF_INET; //IPV4 server_addr.sin_port = htons(2351); //端口 //绑定本机的所有 IP 地址 htonl(INADDR_ANY)，确定某个 inet_addr(“172.16.4.1”) server_addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY); bind(connect_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
4、 listen 确定请求队列的最大值
5、 accept 等待接入
此函数为所有网络函数中最难理解的一个函数，它的调用将意味着服务端开始处理外来请求，如果没有外来请求（也就是没有 listen 到请求进来）默认情况下则阻塞；当有外来请求时会新产生一个 soket，并返回其描述符，应用程序将在这个新的 socket 上和请求者进行会话（读、写该 socket），原套接字 sockfd 则继续侦听
6、 send
当 send 返回时，并不是表示数据已经发送到了对方，而仅仅表示数据已经到了协议栈的缓冲区中。最后一个值在 ESP32 中不可用
7、 recv
默认情况下，当没有可接收的数据时则阻塞，参数 len 表示最多接收多少个字节数， 成功的接受的字节数完全可以小于 len。最后一个值在 ESP32 中不可用
客户端
1、连接 WiFi 或者开启 AP, 使模块接入网络
2、socket 创建一个套接字，参考服务器
3、是指向服务端发起连接请求（请求成功的前提是服务端已经进入了 accept 状态）
结构体参数
//设置 server 的详情信息 struct sockaddr_in server_addr,client_addr; u32_t sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); server_addr.sin_family = AF_INET; //IPV4 server_addr.sin_port = htons(2351); //端口 //绑定本机的所有 IP 地址 htonl(INADDR_ANY)，确定某个 inet_addr(“172.16.4.1”) server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.43.21"); int ret=connect(client_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//连接服务器
4、recv 和 send
服务器示例
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <sys/socket.h> 5 #include <arpa/inet.h> 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <string.h> 8 #define MAXCONN 8 9 int main() 10 { 11 int listen_fd,comm_fd; 12 int ret; 13 int i=1; 14 struct sockaddr_in server_addr,client_addr; 15 int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); 16 listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建一个 socket, 参数（IPV4,TCP,0) 17 if(listen_fd<0) 18 { 19 perror("Failed to create socket:"); 20 return -1; 21 } 22 bzero(&server_addr,sock_size);//清零 server_addr 23 server_addr.sin_family=AF_INET;//IPV4 24 server_addr.sin_port=htons(8000);//端口 25 server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//绑定主机全部网络地址 26 setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(int));//设置套接字关联的选 项 27 ret=bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//网络主机绑定 28 if(ret==0) 29 { 30 printf("Bind Successfully!\n"); 31 } 32 ret=listen(listen_fd,MAXCONN);//确定最大监听数 33 if(ret==0) 34 { 35 printf("Listen Successfully!\n"); 36 } 37 while((comm_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&sock_size))>=0)//阻塞并等待接入 38 { 39 char ipaddr[16]; 40 inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,ipaddr,16);//网络地址符转换 41 printf("连接进入：%s\n",ipaddr); 42 while(1) 43 { 44 char buff[512]; 45 int count; 46 count=read(comm_fd,buff,511);//读数据，接收 47 if(count>0)//判断接收的字节数是否大于零 48 { 49 buff[count]=0;//截断字符串 50 printf("收到来自 %s 的数据：%s\n",ipaddr,buff); 51 if(strncmp(buff,"quit",4)==0)//判断退出条件 52 { 53 printf("%s 已经退出退出，等待下一个连接 \n",ipaddr); 54 break;//退出此个连接，进行下一个连接接入 55 } 56 write(comm_fd,buff,count);//写数据，发送 57 } 58 else 59 { 60 printf("A talking is over!\n"); 61 break; // 客户端断开 62 } 63 } 64 } 65 close(listen_fd);//关闭连接 66 return 0; 67 68 }
客户端示例
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <sys/socket.h> 5 #include <arpa/inet.h> 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <string.h> 8 #include <string.h> 9 int main(int argc,char **argv) 10 { 11 int client_fd; 12 int ret; 13 int count; 14 struct sockaddr_in server_addr; 15 char buf[512]; 16 char recv_buf[512]; 17 int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); 18 if(argc<2) 19 { 20 printf("Usage:./client serverip\n"); 21 return 0; 22 } 23 bzero(&server_addr,sock_size);//清零 server_addr 24 client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建一个 socket, 参数（IPV4,TCP,0) 25 server_addr.sin_family=AF_INET; 26 server_addr.sin_port=htons(8000); 27 server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); 28 ret=connect(client_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size);//连接服务器 29 if(ret<0) 30 { 31 perror("Failed to connect:"); 32 return -1; 33 } 34 printf("Connect successfully!\n"); 35 while(1) 36 { printf("请输入要发送的内容:"); 37 fgets(buf,512,stdin);//从键盘获取字符串 38 ret=write(client_fd,buf,strlen(buf));//写数据，发送 39 if(ret<=0) 40 break; 41 if(strncmp(buf,"quit",4)==0){ 42 printf("程序退出 \n"); 43 break; 44 } 45 count=read(client_fd,recv_buf,511);//读数据，接收 46 if(count>0) 47 { 48 recv_buf[count]=0;//截断接收的字符串 49 printf("Echo:%s\n",recv_buf); 50 } 51 else 52 { 53 break;// 服务器断开 54 } 55 } 56 close(client_fd);//关闭连接 57 return 0; 58 59 }
UDP
服务器
1、 创建 socket
2、 调用函数设置 udp 播
int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen); 头文件：<sys/socket.h> level : 选项级别（例如 SOL_SOCKET） optname : 选项名（例如 SO_BROADCAST） optval : 存放选项值的缓冲区的地址 optlen : 缓冲区长度 返回值：成功返回 0 失败返回-1 并设置 errno
3、 绑定服务器信息 bind
4、 数据收发
数据发送
int sendto(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, int tolen); 返回：大于 0－成功发送数据长度；-1－出错； UDP 套接字使用无连接协议，因此必须使用 sendto 函数，指明目的地址； msg: 发送数据缓冲区的首地址； len: 缓冲区的长度； flags: 传输控制标志，通常为 0； to: 发送目标； tolen: 地址结构长度——sizeof(struct sockaddr)
数据接收
int recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen); 返回：大于 0——成功接收数据长度；-1——出错； buf: 接收数据的保存地址； len: 接收的数据长度 flags: 是传输控制标志，通常为 0； from: 保存发送方的地址 fromlen: 地址结构长度。
服务器示例
1 #include <sys/socket.h> 2 #include <netinet/in.h> 3 #include <arpa/inet.h> 4 #include <string.h> 5 #include <stdio.h> 6 int main() 7 { 8 int sockfd; 9 int ret; 10 char buff[512]; 11 char ipaddr[16]; 12 struct sockaddr_in server_addr,client_addr; 13 int i=1; 14 int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); 15 sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 16 if(sockfd<0) 17 { 18 perror("Failed to socket:"); 19 return -1; 20 } 21 bzero(&server_addr,sock_size); 22 server_addr.sin_family=AF_INET;//服务器相关参数设置 23 server_addr.sin_port=htons(6000); 24 server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 25 setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(int)); 26 if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size)<0)//等待客户端接入，阻塞 27 { 28 perror("Failed to bind:"); 29 return -1; 30 } 31 while(1) 32 { 33 ret=recvfrom(sockfd,buff,512,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&sock_size);//收到数据包 34 if(ret>0) 35 { 36 buff[ret]=0; 37 inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,ipaddr,16);//网络地址符转换 38 printf("Receive a string from %s:%d,data:%s\n",ipaddr,client_addr.sin_port,buff); 39 if(strncmp(buff,"exit",4)==0){//退出 40 printf("Socket server exit "); 41 close(sockfd);//关闭 socket 42 break; 43 } 44 sendto(sockfd,buff,ret,0,(struct sockaddr*)&client_addr,sock_size); 45 } 46 } 47 close(sockfd); 48 }
客户端示例
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <sys/socket.h> 5 #include <arpa/inet.h> 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <string.h> 8 #include <strings.h> 9 int main(int argc,char **argv) 10 { 11 int client_fd; 12 int ret; 13 int count; 14 struct sockaddr_in server_addr,sock_addr; 15 char buf[512]; 16 char recv_buf[512]; 17 int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in); 18 if(argc<2) 19 { 20 printf("Usage:./udpclient serverip\n"); 21 return 0; 22 } 23 client_fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 24 bzero(&server_addr,sock_size); 25 server_addr.sin_family=AF_INET; 26 server_addr.sin_port=htons(6000); 27 server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); 28 while(1) 29 { 30 printf("In:"); 31 fgets(buf,512,stdin); 32 ret=sendto(client_fd,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&server_addr,sock_size); 33 if(ret<0) 34 { 35 perror("Failed to sendto:"); 36 break; 37 } 38 if(strncmp(buf,"exit",4)==0) 39 break; 40 count=recvfrom(client_fd,recv_buf,512,0,(struct sockaddr*)&sock_addr,&sock_size); 41 if(count>0) 42 { 43 recv_buf[count]=0; 44 printf("Echo:%s\n",recv_buf); 45 } 46 else 47 { 48 perror("Failed to recvfrom:"); 49 break; 50 } 51 } 52 close(client_fd); 53 return 0; 54 55 }
参考：
https://www.cnblogs.com/mywolrd/archive/2009/02/05/1930707.html
物联网网关开发技术（罗老师）