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Linux系统编程、网络编程

时间：2024-08-12 11:25:14浏览次数：12  
标签：pthread addr int void 编程 网络 线程 Linux include

Linux系统编程、网络编程

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

linux系统编程一些疑惑点，
linux网络编程实现

一、进程的退出

正常退出

①Main函数调用return
②进程调用exit()，标准c库
③进程调用_exit()或者_Exit()，属于系统调用

补充：
④进程最后一个线程返回
⑤最后一个线程调用pthread_exit

异常退出

1.主动调用API abort
2.当进程收到某些信号时，如ctrl+C
3.最后一个线程对取消（cancellation），请求做出响应

父进程等待子进程退出

为什么要等待子进程退出

父进程等待子进程退出，并收集子进程退出状态
子进程退出状态不被收集，变成僵尸进程

1.不关心子进程的退出状态：wait()
2.关心子进程的的退出状态：wait(&status) ，
子进程退出exit(2)括号里面的数字自己设，是一种标记。退出后如果父进程里有调用wait(&status)函数，wait会收集子进程exit(2)返回的标识2，存在status中。需要用WEXITSTATUS(status)来翻译出来。

二、消息队列

消息队列操作：

1 #include <sys/msg.h>
2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
3 int msgget(key_t key, int flag);
4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

形象举例：

假设你有一个忙碌的家庭，父母和孩子们需要在家里留言通知彼此。父母有一个留言板，孩子们可以写上自己的消息并贴在留言板上。这里的留言板就相当于消息队列，孩子是发送者，父母是接收者。

msgget(key_t key, int flag)：创建一个新的留言板，父母和孩子们需要确定留言板的ID号码以及权限，才能够使用这个留言板。key就是留言板的ID号码，flag就是设置留言板的权限。

msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag)：孩子们写好了消息，需要传递给留言板，msqid就是留言板的ID(哪一个留言板)，ptr就是孩子们的消息内容，size就是消息的长度，flag就是发送消息的方式。

msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag)：父母需要去留言板上查看孩子们写的消息，msqid就是留言板的ID(哪一个留言板)，ptr就是存放消息内容的地方，size就是接收消息的长度，type就是选择接收哪种类型的消息，flag就是接收消息的方式。

msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)：父母需要对留言板进行一些操作，比如清空留言板或者删除留言板，msqid就是留言板的ID(哪一个留言板)，cmd就是操作的指令，buf就是存放操作结果的地方。

疑惑点

疑惑点一

为什么下面这段代码里的msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);的第第三个参数不是sizeof(sendBuf)，而只传了sendBuf.mtext的大小，那sendBuf结构体中的long mtype为什么不用传，为什么不是传整个结构体的长度？

//GPT回答：首先sizeof(sendBuf)包含了mtype和mtext的大小，但msgsnd()函数只需要消息内容(mtext)的大小，所以用strlen(sendBuf.mtext)。(消息类型)mtype不需要传入msgsnd()函数的长度参数中，因为mtype(数据类型)的作用只是：消息队列是根据mtype来进行消息分类和筛选的，msgsnd()函数在发送消息时会根据mtype进行筛选匹配。

//我简而言之：因为msgsnd函数中封装好了它做了处理，我们传&sendBuf地址给它，msgsnd函数内部会根据这个地址自动通过我们设置的类型 sendBuf.mtype 来进行消息分类和匹配，然后 msgsnd函数 内部再以 sendBuf.mtext 作为我们需要传送的数据为长度，并且我们也只需要发送这个数据。

msgSend.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
//        int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,
//                      int msgflg);
struct msgbuf {
               
	long mtype;       /* message type, must be > 0 */
        char mtext[256];    /* message data */
};


int main()
{
	//1.huoqu
	struct msgbuf sendBuf = {888,"this is message from quen"};	
	struct msgbuf readBuf;

	memset(&readBuf,0,sizeof(struct msgbuf));
	key_t key;
        key = ftok(".",'m');
        printf("key=%x\n",key);

        int msgId = msgget(key, IPC_CREAT|0777);

	if(msgId == -1 ){
		printf("get que failuer\n");
	}
	
	msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);  
	//为什么这里传sendbuf的地址，但是第三个参数传数据长度的时候却只传sendBuf.mtext的长度，而不是整个结构体的长度？
	//GPT回答：首先sizeof(sendBuf)包含了mtype和mtext的大小，但msgsnd()函数只需要消息内容的大小，所以用strlen(sendBuf.mtext)。mtype不需要传入msgsnd()函数的参数中，因为mtype(数据类型)的作用只是：消息队列是根据mtype来进行消息分类和筛选的，msgsnd()函数在发送消息时会根据mtype进行筛选匹配。
    //我简而言之：因为msgsnd函数中封装好了它做了处理，我们传&sendBuf地址给它，msgsnd函数内部会根据sendBuf.mtype进行消息分类和匹配，然后msgsnd函数内部会以sendBuf.mtext为我们需要传送的数据为长度，我们也只需要发送这个数据
    
	printf("send over\n");

        msgrcv(msgId, &readBuf,sizeof(readBuf.mtext),988,0);
	printf("reaturn from get:%s\n",readBuf.mtext);
	
	msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);
	
	return 0;
}

三、信号

疑惑点

1.signal函数的原型：

按照下图的紫色字体，一步一步拆解：
在这里插入图片描述

四、线程

疑惑点

1.线程的创建

#include <pthread.h>

/**
 * 创建一个新线程
 * 
 * pthread_t *thread: 指向线程标识符的指针,线程创建成功时,用于存储新创建线程的线程标识符
 * const pthread_attr_t *attr: pthead_attr_t结构体,这个参数可以用来设置线程的属性,如优先级、栈大小等。如果不需要定制线程属性,可以传入 NULL,此时线程将采用默认属性。 
 * void *(*start_routine)(void *): 一个指向函数的指针,它定义了新线程开始执行时的入口点。这个函数必须接受一个 void * 类型的参数,并返回 void * 类型的结果
 * void *arg: start_routine 函数的参数,可以是一个指向任意类型数据的指针
 * return: int 线程创建结果
 *             成功 0
 *             失败 非0
 */
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *), void *arg);

1.1 int pthread_create函数每个参数的含义

int pthread_create (pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg)

①pthread_t *thread

1.每个线程都有一个唯一的标识符（即线程ID），这个标识符是通过pthread_t类型的变量来表示的，当pthread_create成功创建一个线程时，它会将新线程的标识符存储在thread参数指向的位置。

2.pthread_t 定义在头文件<pthreadtypes.h>中，实际上是long类型（long和long int是相同类型的不同写法）的别名。

typedef unsigned long int pthread_t;

②const pthread_attr_t *attr

pthead_attr_t 结构体，这个参数可以用来设置线程的属性，如优先级、栈大小等。 如果不需要定制线程属性,可以传入 NULL,此时线程将采用默认属性。

③void*（* start_routine) (void * ）

1.这个参数中的每个*的含义。
【（* start_routine)函数指针】的【变量start_routine】是一个指向函数的指针，
该函数有一个【void类型的参数】 (void * ）
该函数返回一个【void类型的指针】void*
通俗易懂的解释就是，这行代码定义了一个指针变量， 该指针变量指向一个【可以接受任意类型的参数】并返回【任意类型的指针】的函数。 即：它的参数和返回值都是void *指针。

2.其实函数名是一种指针，它指向函数的起始地址。‌
所以 void*（* start_routine) (void * ）就相当于void* start_routine (void * ）

当我们通过函数名调用函数时，‌程序实际上是通过这个地址找到并执行函数的代码。‌因此，‌可以说函数名是一种指针，‌它指向函数的起始地址。‌这种特性使得我们可以将函数名赋值给一个指针变量，‌即函数指针，‌通过这个函数指针来间接调用函数。‌

④void *arg

void * arg是 pthread_create函数的 参数 void*（* start_routine) (void * ） 的参数；
void * arg 对应 void*（* start_routine) (void * ） 的 (void * ），
void * arg 传入的值给 void*（* start_routine) (void * ） 的 (void * ），
void * arg可以是一个指向任意类型数据的指针。

1.2 int pthread_create函数的返回值return

  • return: int 线程创建的返回值（结果）
  •         成功 0

  •         失败 非0

2.线程的退出

单个线程可以通过以下三种方式退出，在不终止整个进程的情况下停止它的控制流：

  • 线程只是从启动例程中返回，返回值是线程的退出码。
  • 线程可以被同一进程中的其他线程取消。
  • 线程调用pthread_exit

2.1 pthread_exit

#include <pthread.h>
int pthread_exit(void *rval_ptr);

rval_ptr是一个无类型指针，与传给启动例程的单个参数类似。进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针。

3.互斥锁

3.1 死锁

前提条件：至少有两把锁
一开始，线程1手里拿着a锁，线程2手里拿着b锁；
然后呢，线程1又想去拿到b锁，线程2又想拿到a锁；
两个线程互相都想拿到对方手里的锁
，但是又拿不到，所以两个线程就一直卡拿锁那一步。导致死锁。

五.网络编程

1.字节序

在这里插入图片描述

Little endian 小端字节序 ：把数据的低位先放在内存的中起始位置
Big endian 大端字节序 ：把数据的高位先放在内存的中起始位置
一般网络传输时的字节序 =大端字节序
x86系列CPU都是 = 小端字节序.

在这里插入图片描述

1.1 字节序转换api

在这里插入图片描述
#include <netinet/in.h>

uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue); //返回网络字节序的值
uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue); //返回网络字节序的值
uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue); //返回主机字节序的值
uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue)； //返回主机字节序的值

这里的h代表host主机，n代表net网络，s代表short(两个字节)，l代表long(4个字节） 以第一条api为例：htons的意思就是h(host) to n(net) s(net)，主机 to转换成 网络字节序 短型

2.Socket服务器和客户端的开发步骤

在这里插入图片描述
如上图，TCP服务器和TCP客户端连接的过程如下：

①首先TCP服务器这边，先调用socket()来创建套接字。
套接字这个术语的由来可以追溯到英文单词"socket"，意思是 “插座"或"接口” 。在计算机网络编程中，套接字就像是一种插座，它提供了通信的接口，使得不同计算机之间能够进行数据传输和通信。
②调用bind() 给套接字绑定IP地址和端口号
③调用listen() 监听网络连接，等别人来连
————————————
④TCP客户端这边调用socket()来创建套接字
⑤如图红色线，因为TCP客户端知道TCP服务器的IP地址和端口号，所以TCP客户端直接调用connect() 去连接TCP服务器
————————————
⑥TCP服务器监听到有客户端申请接入，调用accept() 接受这个客户端的连接
————————————
⑦TCP客户端和TCP服务端，进行数据的交互
⑧关闭套接字，断开连接

3.Socket连接使用的API详解

【服务器部分】— — — — — — — — — — — — — — — —

3.1 int socket() —— 指定讲“汉语”（连接协议TCP/UDP）

int socket (int domain, int type, int protocol);

在这里插入图片描述

3.2 int bind() —— 地址准备好（我ip地址（楼号）是。我端口号（房间号）是。。）

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

在这里插入图片描述

3.2.1 端口号需要用到 字节序转换API（看1.1）

因为这里的端口号会传到网络上去，
我们现在主机是x86系列CPU，都是小端字节序
而网络传输用的是大端字节序
所以需要使用字节序转换API来转换一下。

3.2.2 地址转换API
int inet_aton(const char* straddr,struct in_addr *addrp);

把字符串形式的"192.168.1.123"转为网络传输能识别的格式
例：int inet_aton(“192.168.1.123”, &s_addr.sin_addr);
此时变量s_addr.sin_addr的值就是网络能识别的格式。

char* inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

把网络格式的ip地址转为字符串形式（我们能看得懂的形式）

3.3 listen() —— 监听（等待大家的来访，等别人敲门）

int listen(int sockfd, int backlog);

在这里插入图片描述

3.4 accept() —— 接受连接（同意别人进来房间）

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

在这里插入图片描述
出错的时候返回值是-1，
成功的时候返回值是新的套接字描述符

3.5 数据收发

ssize_t write(int fd, const void*buf, size_t nbytes); ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte);

在这里插入图片描述

3.6 数据收发常用的第二套API（就比上面第一套的多一个flags参数，flags主要用来控制是否有阻塞等等。其它前面三个参数是一模一样）

ssize_t send(int s, const void *msg, size_t len, int flags); ssize_t recv(int s, void *buf, size_t len, int flags);

在这里插入图片描述

【客户端部分】— — — — — — — — — — — — — — — —

3.7 客户端创建套接字socket()

3.8 客户端的connect函数

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

在这里插入图片描述

4.代码——Socket服务器和客户端的开发代码

4.1 Socket服务器

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
//#include <linux/in.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
//chenlichen
int main(int argc, char **argv)
{
	int s_fd;
	int c_fd;
	int n_read;
	char readBuf[128];
	
	int mark = 0;
	char msg[128] = {0};
	//	char *msg = "I get your connect";
	struct sockaddr_in s_addr;
	struct sockaddr_in c_addr;

	if(argc != 3){
		printf("param is not good\n");
		exit(-1);
	}

	memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));

	//1. socket
	s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(s_fd == -1){
		perror("socket");
		exit(-1);
	}

	s_addr.sin_family = AF_INET;
	s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);


	//2. bind
	bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));

	//3. listen
	listen(s_fd,10);
	//4. accept
	int clen = sizeof(struct sockaddr_in);
	while(1){

		c_fd = accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&clen);
		if(c_fd == -1){
			perror("accept");
		}

		mark++;
		printf("get connect: %s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));
	
		if(fork() == 0){

			if(fork()==0){
				while(1){
					sprintf(msg,"welcom No.%d client",mark);
					write(c_fd,msg,strlen(msg));
					sleep(3);
				}	
			}	

			//5. read
			while(1){
				memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));
				n_read = read(c_fd, readBuf, 128);
				if(n_read == -1){
					perror("read");
				}else if(n_read>0){
					printf("\nget: %d\n",n_read);
				}else{
					
					printf("client quit\n");
					break;
				}
			}
			break;
		}

	}
	return 0;
}

4.2 Socket客户端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
//#include <linux/in.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	int c_fd;
	int n_read;
	char readBuf[128];
	int tmp;

	//	char *msg = "msg from client";
	char msg[128] = {0};
	struct sockaddr_in c_addr;

	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));

	if(argc != 3){
		printf("param is not good\n");
		exit(-1);
	}

	printf("%d\n",getpid());
	//1. socket
	c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(c_fd == -1){
		perror("socket");
		exit(-1);
	}

	c_addr.sin_family = AF_INET;
	c_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);

	//2.connect	
	if(connect(c_fd, (struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){
		perror("connect");
		exit(-1);
	}
	while(1){

		if(fork()==0){
			while(1){
				memset(msg,0,sizeof(msg));
				printf("input: ");
				gets(msg);
				write(c_fd,msg,strlen(msg));
			}
		}

		while(1){
			memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));
			n_read = read(c_fd, readBuf, 128);
			if(n_read == -1){
				perror("read");
			}else{
				printf("\nget:%s\n",readBuf);
			}
		}
	}
	//3.send

	//4.read


	return 0;
}

标签：pthread,addr,int,void,编程,网络,线程,Linux,include
From： https://blog.csdn.net/Thenunaoer/article/details/140064845

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