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网络编程学习2

时间:2023-08-23 21:11:27浏览次数:38  
标签:epoll int 编程 网络 学习 描述符 线程 pthread fd

TCP服务端处理多客户端任务:
原来是通过开启子进程来服务不同的客户端,当客户端退出时就关闭该子进程
多路复用:
使用一个进程(有且只有一个主进程)同时监控若干个文件描述符,这种读写模式称为多路复用
多用于TCP的服务端,用于监控客户端的连接和数据的收发
优点:不需要频繁的创建和销毁进程,从而节约了内存资源、时间资源,也避免了进程之间的竞争、等待
缺点:要求单个客户端的任务不能太耗时,否则其他在等待的客户端就会感知“卡顿”
适用场景:适合并发量大、但任务短小的场景,例如:Web服务器

实现多路复用相关函数:
select:
fd_set 是文件描述符的集合,就是一种数据类型,使用以下函数进行操作:
操作:
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
功能:向集合set中添加fd
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
功能:从集合set中删除fd
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
功能:判断集合set中是否存在fd
返回值:存在返回1,不存在返回0
void FD_ZERO(fd_set *set);
功能:清空集合set,最好在一开始先清空集合再使用

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能:同时监控若干个文件描述符的读、写、异常操作是否发生

nfds:被监控的文件描述符中最大值+1
readfds:监控读操作的文件描述符集合
writefds:监控写操作的文件描述符集合
execptfds:监控异常操作的文件描述符集合
timeout:设置超时时间

struct timeval {
    long    tv_sec;         //秒
    long    tv_usec;        //微秒
};

NULL  一直阻塞,直到某个被监控的描述符发生了对应的操作才返回
0秒0微秒    非阻塞,直接返回
大于0秒     等待该时间,超时了会返回0
            如果设置时间,返回时该参数会变成剩余时间

返回值:成功返回发生相应操作的文件描述符个数
超时返回0,错误返回-1

注意:readfds、writefds、exceptfds这三个参数既是输入也是输出,在调用时需要往里面存放想要监控的文件描述符
当监控到发生操作时,该函数会给这三个参数只返回发生相应操作的文件描述符,存储在这三个参数中,需要调用者逐个判断
获取

select设计不合理的地方:
1、每次调用select都需要向它传递要监控的描述符的集合
2、当调用结束后如果想要知道哪些描述符发生了操作,需要拿着所有被监控的描述符对着集合进行逐一测试

select的优点:
是最早出现的多路复用函数,几乎所有的操作系统都支持,系统的兼容性高

pselect:
只是select功能的部分增强,没有本质的区别、缺点一致
int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,const sigset_t *sigmask);

功能、原理与上select大致类似
区别:
1、超时时间结构类型不同、pselect的精读更高
2、pselect的超时时间参数不会改变,因此无法获取剩余时间,但是select的会改变,可以获取剩余时间,但是
select每次都需要重新设置
3、pselect监控时可以通过sigmask参数设置想要屏蔽的信号,可以保障pselect在监控的过程中不会被信号中断

poll:

 struct pollfd {
           int   fd;         //被监控的文件描述符
           short events;     //想要监控的事件
           short revents;    //实际监控到的发生的事件
            //有以下事件:
              POLLIN    普通优先级的读事件
              POLLPRI   高优先级的读事件
              POLLOUT   普通优先级的写事件
              POLLRDHUP     对方socket关闭
              POLLERR   错误事件,无需监控也可发生
              POLLHUP   对方挂起事件,无需监控也可以发生
              POLLNVAL  非法描述符事件,无需监控也可发生

       };


int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
功能:监控文件描述符是否发生了相应的事件

fds:pollfd结构连续内存的首地址
nfds:连续内存fds的成员数量
timeout:超时时间,单位毫秒
返回值:成功返回相应操作的文件描述符的个数
超时返回0,失败返回-1

epoll:
int epoll_create(int size);
功能:创建一个epoll对象,该对象用于保存要监控的描述符
size:epoll对象能够保存的描述符数量
返回值:成功返回epoll对象

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能:控制epoll对象,添加、删除监控的描述符
epfd:要操作的epoll对象描述符
op:
    EPOLL_CTL_ADD   添加描述符
    EPOLL_CTL_MOD   修改描述符要监控的事件
    EPOLL_CTL_DEL   删除描述符
fd:epoll对象中要控制的描述符
event:事件描述符
    struct epoll_event {
        uint32_t     events;      //要监控的事件 功能参考poll
        epoll_data_t data;        //
    };

    typedef union epoll_data {
           void        *ptr;
           int          fd;
           uint32_t     u32;
           uint64_t     u64;
       } epoll_data_t;

    功能:成功0 失败-1

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
功能:开始监控epoll对象中的文件描述符,并返回产生事件的文件描述符
epfd:要监控的epoll对象描述符
events:输出型参数,用于获取发生事件的描述符数组
maxevents:最多监控的描述符的数量
timeout:超时时间 毫秒
返回值:成功返回发生事件的描述符的数量
        0表示超时,-1表示错误

epoll与select比较的优点:
    1、只需要设置一次要监控的描述符即可
    2、epoll会把发生了事件的描述符返回到结构数组,只需要遍历该数组就可以处理所有发生了事件的描述符,但是select返回到
    集合中,需要遍历全部被监控的描述符才能处理

epoll条件触发和边缘触发:
    条件触发:当文件缓冲区中有要读取的数据时就会触发事件,也是epoll的默认触发

    边缘触发:当数据产生了发送的动作时,就会触发且只触发一次,就算文件缓冲区中要有
    需要读取的数据也不再触发事件
        1、把要监控的描述符的事件增加 EPOLLET 边缘触发选项
        2、循环读取数据,直到读取玩为止 while
        3、recv读取时,必须以非阻塞的方式读取MSG_DONTWAIT,否则就一直阻塞,形成了死锁
        4、当recv返回-1表示数据读取完毕,0表示断开

    优点:相比较于条件触发,边缘触发能够大大降低触发的次数,从而提高epoll的效率。

线程管理
一、基本概念
1、线程是进程的执行路线,它是进程内部的控制序列。线程是进程的一部分,进程是一个资源单位,
而线程是执行单位,线程是进程执行的实体,负责真正的执行。
2、线程是轻量级的,没有自己的代码段、数据段、bss段、堆、环境变量、命令行参数、文件描述符、
信号处理函数、当前工作目录等资源,进程中的所有线程都共享以上资源
3、每个线程都有自己独立的栈内存、线程ID、错误码、信号掩码、程序计数器、调度的优先级
4、一个进程可以包含多个线程(多条不同的执行路线),但是至少要保证有一个线程,进程刚创建
成功时必定有一个线程,也称为主线程
5、ps -T -p 查看进程pid的线程信息,还可以htop命令查看
6、线程是进程的实体,可以作为系统独立的任务调度和分配的基本单位
7、线程有不同的状态,系统提供的线程的控制接口,例如:创建、销毁、控制等
8、进程中的所有线程都在同一个虚拟地址空间中工作,进程中的所有资源对于它的线程来说都是共享的
尽管线程有属于自己的栈内存等资源,但是没有添加保护机制的,对于其他线程而言这些资源是可见的,
当多个线程协同工作时需要解决的首要问题是资源竞争的问题(上锁)
9、线程的系统开销小、任务的切换速度快、同进程的多个线程之间不需要数据交换
也就不需要类似进程间通信的机制进行线程间通信,因此使用线程相对简单高效
10、线程之间有优先级之分

二、POSIX线程
1、早期的UNIX和早期的Linux是没有线程概念的,微软的Windows系统首先使用的线程概念,之后UNIX和Linux
也逐渐增加使用线程
2、早期各个厂商都提供自己私有的线程库,各自的接口实现差异比较大,不易于移植,世界标准化组织1995年指定了
统一的线程接口规范,遵循这套标准的线程统称为POSIX线程,简称pthread
3、pthread包含一个头文件,pthread.h和一个共享库libpthread.so,使用的时候是-lpthread 编译参数

三、线程的管理

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                        void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能:创建线程
thread:输出型参数,用于获取线程ID,
attr:线程属性,一般无设置属性给NULL即可
start_routine;线程的执行入口函数,类似于该线程的主函数
arg:传递给入口函数的参数
返回值:成功0,失败返回错误编码

注意:入口函数的参数和返回值要确保它们的持久化,方法1:使用全局变量参数,方法2:赶在参数释放前,
把参数的值立即保存到入口函数的栈内存中

注意:从表面上看当主线程结束后,子线程也会随之一起结束,但实际上子线程之所以结束,但实际上是因为
主线程执行main函数中隐藏的return语句,导致整个进程结束,所有线程都属于进程的一部分,会随着进程一起被
结束回收

注意:子线程执行入口函数结束后,子线程也结束了

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
功能:等待线程结束,并获取结束时入口函数的返回值、释放线程资源

thread:要等待的线程ID
retval:用于获取线程结束时返回值的地址
返回值:成功0,失败返回错误编码,如果线程还未结束则阻塞

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
功能:判断两个线程id是否相同,相同返回非零,不相同返回零
注意:部分系统中的线程ID是以结构实现的,因此不能直接使用==运算符


pthread_t pthread_self(void);
功能:获取当前线程的线程ID

四、线程的执行轨迹
同步方式:可结合状态(joinable)
在使用默认属性创建线程时,线程属于joinable态,该类线程必须在另一个
线程中使用pthread_join函数等待其结束并释放线程资源,如果该类线程
在结束时没有任何线程执行pthread_join回收其资源,那么该线程就变
成了“僵尸线程”。每个“僵尸线程”都会消耗一些系统资源,当有太多的
“僵尸线程”存在时,可能会导致创建线程失败

异步方式:分离状态(detach)
    当把线程设置为detach态时,线程结束无需经过pthread_join函数回收
    资源,由系统负责回收资源
注意:为了避免线程资源的泄露,要么显示地调用pthread_join回收资源,或者
设置为detach态

int pthread_detach(pthread_t thread);
功能:让线程分离,变成detach态
thread:想要变成detach态的线程id
    两种方式:
    1、线程自己调用:
        pthread_detach(pthread_self());
    2、其他线程(创建者)
        pthread_detach(threadid);

注意:如果先执行了pthread_join进入等待后,才对线程进行分离,join
不会立即结束,而是一直等到线程结束才返回

任务:实现多线程版本的TCP多客户端服务器

五、线程的终止
1、线程执行完入口函数的最后一行代码
2、线程调用pthread_exit函数,结束该线程
void pthread_exit(void *retval);
功能:向本线程发出取消请求,如果响应该请求,则线程终止
retval:线程入口函数的返回值,会返回给pthread_join
3、如果进程结束(前三种情况),那么它所有的线程都会随之结束
4、向指定的线程发出取消请求
int pthread_cancel(pthread_t thread);
默认情况下都会响应取消请求
thread:要杀死的线程id

六、线程的属性
pthread_attr_t的定义:
typedef struct
{
int detachstate; 线程的分离状态
int schedpolicy; 线程调度策略
struct sched_param schedparam; 线程的调度参数
int inheritsched; 线程的继承性
int scope; 线程的作用域
size_t guardsize; 线程栈末尾的警戒缓冲区大小
int stackaddr_set;
void * stackaddr; 线程栈的位置
size_t stacksize; 线程栈的大小
}pthread_attr_t;
通过pthread_attr_setxxx 设置线程相关属性
通过pthread_attr_getxxx获取线程相关属性

标签:epoll,int,编程,网络,学习,描述符,线程,pthread,fd
From: https://www.cnblogs.com/c-learnmore/p/17652777.html

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