C語言多線程服務器的實現(xiàn)實例
本文基于 C 標準庫提供的網(wǎng)絡通信 API，使用 TCP ，實現(xiàn)一個簡單的多線程服務器 Demo 。
首先要看 API
API
字節(jié)序轉換
函數(shù)原型：
#include <arpa/inet.h> uint64_t htonll(uint64_t hostlonglong); uint32_t htonl(uint32_t hostlong); uint16_t htons(uint16_t hostshort); uint64_t ntohll(uint64_t netlonglong); uint32_t ntohl(uint32_t netlong); uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
h 表示 host, n 表示 network，這些函數(shù)的作用是把主機的字節(jié)序轉換為網(wǎng)絡的字節(jié)序（即小端到大端的轉變）。
例如：
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
uint32_t host = 0x01020304; // high->low: 01 02 03 04
uint32_t network = htonl(host); // high->low: 04 03 02 01
printf("%p\n", network); // 0x4030201
}
socket
函數(shù)原型：
#include <sys/socket.h> int socket(int domain, int type, int protocol);
建立一個協(xié)議族為 domain, 協(xié)議類型為 type, 協(xié)議編號為 protocol 的套接字文件描述符。如果函數(shù)調(diào)用成功，會返回一個標識這個套接字的文件描述符，失敗的時候返回-1。
domain 的取值：
Name Purpose Man page AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7) AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7) AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7) AF_IPX IPX - Novell protocols AF_NETLINK Kernel user interface device netlink(7) AF_X25 ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol x25(7) AF_AX25 Amateur radio AX.25 protocol AF_ATMPVC Access to raw ATM PVCs AF_APPLETALK AppleTalk ddp(7) AF_PACKET Low level packet interface packet(7) AF_ALG Interface to kernel crypto API
AF 是 Address Family 的縮寫，INET 是 Internet 的縮寫。某些地方可能會使用 PF，即 Protocol Family，應該是同一個東西。
type 的取值：
SOCK_STREAM Provides sequenced, reliable, two-way, connection-based byte streams. An out-of-band data transmission mechanism may be supported. SOCK_DGRAM Supports datagrams (connectionless, unreliable messages of a fixed maximum length). SOCK_SEQPACKET Provides a sequenced, reliable, two-way connection-based data transmission path for datagrams of fixed maximum length; a consumer is required to read an entire packet with each input system call. SOCK_RAW Provides raw network protocol access. SOCK_RDM Provides a reliable datagram layer that does not guarantee ordering. SOCK_PACKET Obsolete and should not be used in new programs; see packet(7).
type 常用的是 STREAM 和 DGRAM ，根據(jù)描述，可以確定前者對應 TCP，而后者對應 UDP ：
SOCK_STREAM套接字表示一個雙向的字節(jié)流，與管道類似。流式的套接字在進行數(shù)據(jù)收發(fā)之前必須已經(jīng)連接，連接使用connect()函數(shù)進行。一旦連接，可以使用read()或者write()函數(shù)進行數(shù)據(jù)的傳輸，流式通信方式保證數(shù)據(jù)不會丟失或者重復接收。SOCK_DGRAM和SOCK_RAW這個兩種套接字可以使用函數(shù)sendto()來發(fā)送數(shù)據(jù)，使用recvfrom()函數(shù)接受數(shù)據(jù)，recvfrom()接受來自制定IP地址的發(fā)送方的數(shù)據(jù)。
對于第 3 個參數(shù) protocal，用于指定某個協(xié)議的特定類型，即 type 類型中的某個類型。通常某協(xié)議中只有一種特定類型，這 樣protocol 參數(shù)僅能設置為 0 ；但是有些協(xié)議有多種特定的類型，就需要設置這個參數(shù)來選擇特定的類型。
bind
函數(shù)原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
如果函數(shù)執(zhí)行成功，返回值為 0，否則為 SOCKET_ERROR 。
參數(shù)：
sockfd是一個有效的 socket 描述符（函數(shù)socket()的有效返回值）。addrlen是第二個參數(shù)addr結構體的長度。addr是一個sockaddr結構體指針，包含 IP 和端口等信息。
sockaddr 的結構如下：
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
// sa_familt_t 是無符號整型，Ubuntu 下是 unsigned short int
sockaddr 的存在是為了統(tǒng)一地址結構的表示方法 ，統(tǒng)一接口函數(shù)，使得不同的地址結構可以被 bind(), connect(), recvfrom(), sendto() 等函數(shù)調(diào)用。但一般的編程中并不直接對此數(shù)據(jù)結構進行操作，而使用另一個與之等價的數(shù)據(jù)結構 sockaddr_in :
struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* Address family */
unsigned short int sin_port; /* Port number */
struct in_addr sin_addr; /* Internet address */
unsigned char sin_zero[8]; /* Same size as struct sockaddr */
};
各字段解析：
sin_family：指代協(xié)議族，在 socket 編程中有 3 個取值AF_INET, AF_INET6, AF_UNSPEC.sin_port：存儲端口號（使用網(wǎng)絡字節(jié)順序）sin_addr：存儲IP地址，使用in_addr這個數(shù)據(jù)結構sin_zero：是為了讓sockaddr與sockaddr_in兩個數(shù)據(jù)結構保持大小相同而保留的空字節(jié)。
in_addr 的結構如下：
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr{
in_addr_t s_addr;
};
listen
int listen(int sockfd, int backlog);
返回值：無錯誤，返回 0，否則 -1 。
作用：listen 函數(shù)使用主動連接套接字變?yōu)楸贿B接套接口，使得一個進程可以接受其它進程的請求，從而成為一個服務器進程。在 TCP 服務器編程中 listen 函數(shù)把進程變?yōu)橐粋€服務器，并指定相應的套接字變?yōu)楸粍舆B接。
listen 函數(shù)一般在調(diào)用 bind 之后，調(diào)用 accept 之前調(diào)用。
backlog 參數(shù)指定連接請求隊列的最大個數(shù)。
accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
接受連接請求，成功返回一個新的套接字描述符 newfd ，失敗返回-1。返回值 newfd 與參數(shù) sockfd 是不同的，newfd 專門用于與客戶端的通信，而 sockfd 是專門用于 listen 的 socket 。
addr 和 addrlen 都是指針，用于接收來自客戶端的 addr 的信息。
inet_addr
函數(shù)原型：
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
將一個點分十進制的 IP 字符串轉換為網(wǎng)絡字節(jié)序的 uint32_t 。
例子
int main()
{
const char *ip = "127.0.0.1"; // 7f.00.00.01
printf("%p\n", inet_addr(ip)); // 0x0100007f
}
send
#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
其中 send(fd, buf, len, flags) 與 sendto(fd, buf, len, flags, NULL, 0) 等價。
recv
#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
其中 recv(fd, buf, len, flags) 與 recvfrom(fd, buf, len, flags, NULL, 0) 等價。
connect
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
成功返回 0 ，失敗返回 -1 。
sockfd 是客戶端進程創(chuàng)建的，用于與服務端通信的 socket ; addr 是目標服務器的 IP 地址和端口。
多線程服務器
本次實現(xiàn)的場景如下：
- 客戶端可以具有多個，客戶端主動連接服務器，允許每個客戶端發(fā)送
msg到服務器，并接受來自服務器的信息。 - 服務端對于每個申請連接到客戶端，創(chuàng)建一個線程處理請求。對于客戶端發(fā)送過來的
msg，然后服務器把msg加上一些其他字符串，發(fā)送回客戶端。
server
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define PORT 8887
#define QUEUE 10
const char *pattern = "Hello, I am the server. Your msg is received, which is: %s";
typedef struct
{
struct sockaddr_in addr;
socklen_t addr_len;
int connectfd;
} thread_args;
void *handle_thread(void *arg)
{
thread_args *targs = (thread_args *)arg;
pthread_t tid = pthread_self();
printf("tid = %u and socket = %d\n", tid, targs->connectfd);
char send_buf[BUFSIZ] = {0}, recv_buf[BUFSIZ] = {0};
while (1)
{
int len = recv(targs->connectfd, recv_buf, BUFSIZ, 0);
printf("[Client %d] %s", targs->connectfd, recv_buf);
if (strcmp("q\n", recv_buf) == 0)
break;
sprintf(send_buf, pattern, recv_buf);
send(targs->connectfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);
memset(send_buf, 0, BUFSIZ), memset(recv_buf, 0, BUFSIZ);
}
close(targs->connectfd);
free(targs);
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
printf("server is listening at socket fd = %d\n", listenfd);
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(PORT);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1)
{
perror("bind error\n");
exit(-1);
}
if (listen(listenfd, QUEUE) == -1)
{
perror("listen error\n");
exit(-1);
}
while (1)
{
thread_args *targs = malloc(sizeof(thread_args));
targs->connectfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&targs->addr, &targs->addr_len);
// int newfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, handle_thread, (void *)targs);
pthread_detach(tid);
}
close(listenfd);
}
client
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define PORT 8887
const char *target_ip = "127.0.0.1";
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
printf("client socket = %d\n", sockfd);
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(PORT);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(target_ip);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0)
{
perror("connect error\n");
exit(-1);
}
char send_buf[BUFSIZ], recv_buf[BUFSIZ];
while (fgets(send_buf, BUFSIZ, stdin) != NULL)
{
if (strcmp(send_buf, "q\n") == 0)
break;
send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);
printf("[Client] %s\n", send_buf);
recv(sockfd, recv_buf, BUFSIZ, 0);
printf("[Server] %s\n", recv_buf);
memset(send_buf, 0, BUFSIZ), memset(recv_buf, 0, BUFSIZ);
}
close(sockfd);
exit(0);
}
運行結果
編譯：
gcc server.c -o server -lpthread
gcc client.c -o client
先運行 server，后運行多個 client .
需要注意的是，這里的服務器，客戶端都是運行在同一機器上的，所以客戶端使用的目標 IP 是 127.0.0.1 ，如果想進一步更全面地測試，應該把服務端運行在一個云服務器上，然后開放 8887 端口，再進行測試。
到此這篇關于C語言多線程服務器的實現(xiàn)實例的文章就介紹到這了,更多相關C語言多線程服務器的實現(xiàn)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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