Linux多线程之同步3

需求

客户端将需要解决的task发送给服务器，服务器调用线程来解决客户端发送的task，解决完由线程负责将其发送回客户端。（用管道实现通信）

思路

1. server维护两个列表。一是客户端列表。二是任务列表。分别如下：

/* 客户端列表 */
typedef struct tag_fds
{
    int s_rfd ;
    int s_wfd ;
    struct tag_fds* s_next ;
}FD_PAIR, *pFD_PAIR;

/* 任务列表，相当于资源 */
typedef struct tag_que
{
    TASK s_arr[TASK_CNT + 1] ;
    int s_front ;
    int s_tail ;
}QUEUE, *pQUEUE ;

2. server端维护一个管道（为了叙述方便，暂时称为server_pipe），用于接收客户端的上线消息。client端维护两个管道，一个管道用于向server端发送所要处理的task，而另一个管道用于接收从server端返回的task result。

3. server端可以使用select函数对所有管道的读端进行轮询。所有的读端包括：用于接收客户端task管道的读端以及server_pipe的读端。

4. 当客户端上线时，它会将自己的进程ID（pid）通过server_pipe发送给服务器。服务器根据pid，可以构造出该客户端所创建的两个管道的名称，以此可以打开客户端的两个管道，同时将server端的读端加入监听集合，并且将该客户端加入客户端队列。

5. 当客户端向服务器发送task时，服务器端的select监听到之后，会遍历客户端列表(根据server端接收task管道的读描述符)，找到具体的客户端。我们会将服务器对应于该客户端管道的写描述符连同task任务一起打包（其实就是结构体啦），加入任务列表。之所以要将写描述符打包进一个任务，是因为方便我们的线程处理完任务后，可以直接向客户端返回结果。任务结构体如下：

typedef struct tag_task
{
    char s_msg[1024];     /* 客户端向服务器端发送的任务用msg存储 */
    int s_fd ;            /* s_fd为写端，用于线程处理完任务后，发送消息给客户端 */
}TASK, *pTASK;

6. 很显然，我们服务器端的主线程在此处就是一个生产者，负责将TASK添加到任务列表中。而主线程创造出的诸多线程则是消费者，从任务列表取出任务，处理完后发送结果至客户端。

7. 此处服务器处理逻辑比较简单，客户端发送什么请求，我们就返回什么请求，打印在屏幕上。

代码

头文件server.h

#ifndef __SERVER_H__
#define __SERVER_H__
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
#include <signal.h>
#define MSG_LEN 1024
#define TASK_CNT 1024
extern pthread_mutex_t mutex ;
extern pthread_cond_t cond_master ;
extern pthread_cond_t cond_slave ;

typedef struct tag_fds
{
    int s_rfd ;
    int s_wfd ;
    struct tag_fds* s_next ;
}FD_PAIR, *pFD_PAIR;

typedef struct tag_task
{
    char s_msg[1024];
    int s_fd ;
}TASK, *pTASK;

typedef struct tag_que
{
    TASK s_arr[TASK_CNT + 1] ;
    int s_front ;
    int s_tail ;
}QUEUE, *pQUEUE ;

void fds_link_init(pFD_PAIR* phead);
void fds_insert(pFD_PAIR* phead, int fd_r, int fd_w);
int fds_find_wfd(pFD_PAIR phead, int fd_r);
void fds_link_delete(pFD_PAIR* phead,int fd_r);

void add_task(pQUEUE pq,pTASK pt );
void get_task(pQUEUE pq, pTASK pt);
void excute_task(pTASK pt);

#endif

服务器主线程main.c

/*************************************************************************
    > File Name: ./src/main.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:zhoujx0219@163.com
    > Created Time: Tue 26 Aug 2014 07:55:50 PM CST
 ************************************************************************/
#include "server.h"
pthread_mutex_t mutex ;
pthread_cond_t cond_master ;
pthread_cond_t cond_slave ;
void* slave_handler(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    pQUEUE pq = (pQUEUE)arg ;
    TASK my_task ;
    while(1)
    {
        get_task(pq, &my_task);
        excute_task(&my_task);
        sleep(1);
    }
}
int main(int argc, char* argv[])// exe fifo_name  thd_cnt
{
    if(argc != 3)
    {
        printf("USAGE: EXE FILENAME THD_CNT ! \n");
        exit(1);
    }
    signal(SIGINT, SIG_IGN);
    signal(SIGPIPE,SIG_IGN);
    signal(SIGQUIT,SIG_IGN);

    int fd_server ;
    QUEUE my_que ;
    pFD_PAIR my_list ;

    fd_set read_set, ready_set ;
    struct timeval tm ;
    int select_ret ;

    memset(&my_que, 0, sizeof(QUEUE));
    fds_link_init(&my_list);

    int slave_cnt = atoi(argv[2]);
    pthread_t * arr = (pthread_t*)calloc(slave_cnt, sizeof(pthread_t));

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_master, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_slave, NULL);

    int index = 0 ;
    while(slave_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index, NULL,slave_handler, (void*)&my_que );
        slave_cnt -- ;
        index ++ ;
    }

    fd_server = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(fd_server == -1)
    {
        perror("open");
        exit(-1);
    }
    FD_ZERO(&read_set);
    FD_ZERO(&ready_set);
    FD_SET(fd_server, &read_set);
    while(1)
    {
        tm.tv_sec = 0 ;
        tm.tv_usec = 1000 ;
        ready_set = read_set ;
        select_ret = select(1024,&ready_set, NULL, NULL, &tm );

        if(select_ret == 0)
        {
            continue ;
        }else if(select_ret > 0)
        {
            if(FD_ISSET(fd_server, &ready_set))// client on r.pid w.pid
            {
                char buf[32];
                memset(buf, 0, 32);
                if(read(fd_server, buf, 32) == 0)
                {
                    continue ;
                }else
                {
                    printf("a client on ! \n");
                    char pipe_name[32];
                    memset(pipe_name, 0, 32);
                    buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
                    sprintf(pipe_name,"r.%s",buf);//clinet read
                    int wfd, rfd ;
                    wfd = open(pipe_name, O_WRONLY);
                    memset(pipe_name, 0, 32);
                    sprintf(pipe_name,"w.%s",buf);//clinet write
                    rfd = open(pipe_name, O_RDONLY);
                    fds_insert(&my_list, rfd, wfd);
                    FD_SET(rfd, &read_set);
                }
            }
            pFD_PAIR pCur = my_list ;
            while(pCur)
            {
                if(FD_ISSET(pCur ->s_rfd, &ready_set))// client request
                {
                    char buf[1024] ;
                    memset(buf, 0, 1024);
                    if(read(pCur ->s_rfd, buf, 1024) == 0)//client quit
                    {
                        FD_CLR(pCur ->s_rfd, &read_set);
                        int fd_r = pCur ->s_rfd ;
                        pCur = pCur -> s_next ;
                        fds_link_delete(&my_list, fd_r);

                    }else
                    {
                        TASK tk ;
                        memset(&tk, 0, sizeof(tk));
                        tk.s_fd = pCur -> s_wfd ;
                        strcpy(tk.s_msg, buf);
                        add_task(&my_que, &tk);
                        pCur = pCur ->s_next ;
                    }
                }else
                {
                    pCur = pCur ->s_next ;
                }
            }
        }

    }

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_master);
    pthread_cond_destroy(&cond_slave);
    return 0 ;
}

fds_link.c

/*************************************************************************
    > File Name: ../src/fds_link.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:zhoujx0219@163.com
    > Created Time: Tue 26 Aug 2014 05:40:08 PM CST
 ************************************************************************/
#include "server.h"

void fds_link_init(pFD_PAIR* phead)
{
    *phead = NULL ;
}

void fds_insert(pFD_PAIR* phead, int fd_r, int fd_w)
{
    pFD_PAIR pCur = (pFD_PAIR)calloc(1, sizeof(FD_PAIR));
    pCur ->s_rfd = fd_r ;
    pCur ->s_wfd = fd_w ;
    pCur ->s_next = *phead ;
    *phead = pCur ;

}
/*
int fds_find_wfd(pFD_PAIR phead, int fd_r)
{
    while(phead)
    {
        if(phead ->s_rfd == fd_r)
        {
            break ;
        }else
        {
            phead = phead ->s_next ;
        }
    }
    if(phead == NULL)
    {
        return -1 ;
    }else
    {
        return phead ->s_wfd ;
    }
}                                                       */

void fds_link_delete(pFD_PAIR* phead,int fd_r)
{
    pFD_PAIR pPre , pCur ;
    pPre = NULL ;
    pCur = *phead ;
    while(pCur)
    {
        if(pCur ->s_rfd == fd_r)
        {
            break ;
        }else
        {
            pPre = pCur ;
            pCur = pCur ->s_next ;
        }
    }
    if(pPre == NULL)
    {
        *phead = pCur ->s_next ;
        free(pCur);
        pCur = NULL ;
    }else
    {
        pPre ->s_next = pCur ->s_next ;
        free(pCur);
        pCur = NULL;
    }
}

task.c

/*************************************************************************
    > File Name: ./src/task.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:zhoujx0219@163.con
    > Created Time: Tue 26 Aug 2014 07:38:11 PM CST
 ************************************************************************/
#include "server.h"
static int que_empty(pQUEUE pq)
{
    return pq -> s_front == pq -> s_tail ;
}
static int que_full(pQUEUE pq)
{
    return  (pq -> s_tail + 1)%(TASK_CNT + 1) == pq -> s_front ;
}
static int que_cnt(pQUEUE pq)
{
    return (pq ->s_tail - pq ->s_front + TASK_CNT + 1)%(TASK_CNT + 1) ;
}

void add_task(pQUEUE pq,pTASK pt )
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(que_full(pq))
    {
        pthread_cond_wait(&cond_master, &mutex);
    }
    pq ->s_arr[pq ->s_tail] = *pt ;
    pq ->s_tail = (pq ->s_tail + 1)%(TASK_CNT + 1) ;
    //if(que_cnt(pq) == 1)
    {
        pthread_cond_broadcast(&cond_slave);
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(1);
}

void get_task(pQUEUE pq, pTASK pt)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(que_empty(pq))
    {
        pthread_cond_wait(&cond_slave, &mutex);
    }
    *pt = (pq ->s_arr)[pq ->s_front] ;
    pq -> s_front = (pq -> s_front + 1)%(TASK_CNT + 1);
//    if(que_cnt(pq) == TASK_CNT - 1)
    {
        pthread_cond_broadcast(&cond_master);
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(1);

}

void excute_task(pTASK pt)
{
    write(pt ->s_fd, pt ->s_msg, strlen(pt ->s_msg));
}

客户端测试client.c

/*************************************************************************
    > File Name: client.c
    > Author: KrisChou
    > Mail: zhoujx0210@163.com
    > Created Time: Tue 26 Aug 2014 08:56:18 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, char* argv[])//exe fifo
{
    int fd_server, fd_snd, fd_recv  ;
    char rname[32], wname[32];
    fd_server  = open(argv[1], O_WRONLY);
    memset(rname, 0, 32);
    memset(wname, 0, 32);
    sprintf(rname,"r.%d", getpid());
    sprintf(wname,"w.%d", getpid());
    mkfifo(rname,0666);
    mkfifo(wname,0666);
    char msg[1024]="";
    sprintf(msg,"%d\n", getpid());
    write(fd_server, msg, strlen(msg));
    fd_recv = open(rname,O_RDONLY);
    fd_snd = open(wname,O_WRONLY);
    while(memset(msg, 0, 1024), fgets(msg, 1024, stdin) != NULL)
    {
        write(fd_snd, msg, strlen(msg));
        memset(msg, 0, 1024);
        read(fd_recv, msg, 1024);
        write(1, msg, strlen(msg));
    }
    close(fd_server);
    close(fd_snd);
    close(fd_recv);

    return 0 ;
}

Makefile

SRC_DIR := ./src
INC_DIR := ./include
EXE_DIR := ./bin
CC := gcc
CFLAGS := -g -o
SRC_OBJECTS := $(wildcard $(SRC_DIR)/*.c)
INC_OBJECTS := $(wildcard $(INC_DIR)/*.h)
$(EXE_DIR)/main : $(SRC_OBJECTS) $(INC_OBJECTS)
    $(CC) $(CFLAGS) $@ $(SRC_OBJECTS) -I$(INC_DIR) -lpthread