Notes HighPerformanceLinuxServerProgramming
1.0.0
協議族中協議眾多, 這本書只選取了IP和TCP協定- 對網路程式設計影響最直接
同樣七層是osi參考模型, 簡化後得到四層不同層次之間, 透過介面互相交流, 這樣方便了各層次的修改
應用層負責處理應用程式的邏輯
表示層定義了資料的格式及加密
會話層它定義瞭如何開始、控制和結束一個會話，包括對多個雙向訊息的控制和管理，以便在只完成連續訊息的一部分時可以通知應用，從而使表示層看到的資料是連續的
傳輸層為兩台主機的應用提供端對端(end to end)的通訊. 與網路層使用的下一跳不同, 他只關心起始和終止, 中轉過程交給下層處理. 此層存在兩大協定TCP協定與UDP協定TCP協定(Transmission Control Protocol 傳輸控制協定)
可靠的, 面向连接, 基于流的服务超时重传和数据确认等確保數據正常送達.不可靠的, 无连接的, 基于数据报的服务数据确认和超时重传的問題有自己的长度網路層實現了封包的選路和轉送. 只有封包到不了目標位址, 就下一跳(hop by hop), 選擇最近的. IP協定(Internet Protocol)以及ICMP協定(Internet Control Message Protocol)後者協議是IP協定的補充, 用來偵測網路連線1. 錯誤封包, 用來回應狀態2.查詢封包(ping程式就是使用的此訊息來判斷資訊是否送達)
資料鏈路層實現了網卡介面的網路驅動程式. 這裡驅動程式方便了廠商的下層修改, 只需要向上層提供規定的介面即可. 存在兩個協定ARP協定(Address Resolve Protocol, 位址解析協定) . 還有RARP( Reverse ~, 逆位址解析協定) . 由於網路層使用IP位址尋址機器, 但是資料鏈結層使用物理位址(通常為MAC位址), 之間的轉換涉及到ARP協定ARP欺騙, 可能與此有關,目前不去學習
封裝上層協定傳送到下層協定. 透過封裝實現, 層與層之間傳輸的時候, 加上自己的頭部資訊. 被TCP封裝的資料成為TCP报文段
被UDP封裝的資料成為UDP数据报
再經IP封裝後成為IP数据报最後經過資料鏈結層封裝後為帧
乙太網路最大資料幀1518位元組拋去14頭幀尾4校驗MTU: 訊框的最大傳輸單元一般為1500位元組MSS: TCP資料包最大的資料載量1460位元組= 1500位元組- 20Ip頭-20TCP頭還有額外的40位元組可選部分
ARP ARP協定能實現任意網路層位址到任意實體位址的轉換
IP協定是TCP/IP協定簇的核心協定, 是socket網路程式設計的基礎之一IP協定為上層協定提供無狀態, 無連線, 不可靠的服務
IP資料封包最大長度是65535(2^16 - 1)位元組, 但是有MTU的限制
當IP資料報的長度超過MTU 將會被分片傳輸. 分片可能發生在發送端, 也可能發生在中轉路由器, 還可能被多次分片. 只有在最終的目標機器上, 這些分片才會被核心中的ip模組重新組裝
路由機制
給定了目標IP位址後, 將會符合路由表中的哪一項呢? 分三個步驟
Tcp讀寫都是針對緩衝區來說, 所以沒有固定的讀寫次數對應關係.
UDP沒有緩衝區, 必須及時接受資料否則會丟包, 或接收緩衝區過小就會造成資料封包截斷
ISN-初始序號值32位元組後續的TCP封包中序號值seq = ISN + 封包段首字節在整個位元組流中的偏移32位元確認號收到的TCP封包序號值+1 . 這個32位確認號每次發送的是上次的應答
ACK標誌: 表示確認號碼是否有效. 攜帶ACK標誌的報文段稱為确认报文段PSH標誌: 提示接收端應用程式從TCP接受緩衝區中讀走資料, 為後續資料騰出空間RST標誌: 要求對方重新建立連線攜帶......复位报文段SYN標誌: 標誌請求建立一個連線攜帶......同步报文段FIN標誌: 通知對方本端連線要關閉了, 攜帶..结束报文段
16位元視窗大小: 視窗指的是接收通告視窗, 告訴對方本端的TCP 接收緩衝區還能容納多少位元組的資料16位元校驗和:可靠传输的重要保障發送端填充, 接收端執行CRC演算法校驗是否損壞, 同時校驗TCP头部和数据部分
TCP連線的建立和關閉
# 三次握手
# 客户端发送请求连接 ISN= seq + 0 = 3683340920
# mss 最大数据载量1460
IP 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 > ubuntu. 8000 :
Flags [S], seq 3683340920 , win 64240 ,
options [mss 1460 , nop ,wscale 8 , nop , nop ,sackOK], length 0
# 同意客户端连接
# ack = 客户端发送 seq + 1
# 同时发送服务端的seq
IP ubuntu. 8000 > 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 :
Flags [S.], seq 938535101 , ack 3683340921 , win 64240 ,
options [mss 1460 , nop , nop ,sackOK, nop ,wscale 7 ], length 0
# 虽然这个报文段没有字节 但由于是同步报文段 需要占用一个序号值
# 这里是tcpdump的处理 ack显示相对值 即 3683340921 - 3683340920 = 1
IP 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 > ubuntu. 8000 :
Flags [.], ack 938535102 , win 4106 , length 0
# 包含FIN标志 说明要求结束连接 也需要占用一个序号值
IP 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 > ubuntu. 8000 :
Flags [F.], seq 1 , ack 1 , win 4106 , length 0
# 服务端确认关闭连接
IP ubuntu. 8000 > 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 :
Flags [.], ack 2 , win 502 , length 0
# 服务端发送关闭连接
IP ubuntu. 8000 > 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 :
Flags [F.], seq 1 , ack 2 , win 4105 , length 0
# 客户端确认
IP 192 . 168 . 80 . 1 . 7467 > ubuntu. 8000 :
Flags [.], ack 2 , win 503 , length 0 socket基礎api位於sys/socket.h頭檔中socket最開始的意思是一個IP位址和埠對. 唯一的表示了TCP通訊的一段網路資訊api netdb.h頭檔中
位元組序分為大端字节序和小端字节序由於大多數PC採用小端字節序(高位存在高位址處), 所以小端字節序又稱為主機字節序
為了防止不同機器字節序不同導致的錯亂問題. 規定傳輸的時候統一為大端字節序(網絡字節序). 這樣主機會根據自己的情況決定- 是否轉換接收到的數據的字節序
基礎連接
// 主机序和网络字节序转换
# include < netinet/in.h >
unsigned long int htonl ( unsigned long int hostlong); // host to network long
unsigned short int htons ( unsigned short int hostlong); // host to network short
unsigned long int htonl ( unsigned long int netlong);
unsigned short int htons ( unsigned short int netlong);
// IP地址转换函数
# include < arpa/inet.h >
// 将点分十进制字符串的IPv4地址, 转换为网络字节序整数表示的IPv4地址. 失败返回INADDR_NONE
in_addr_t inet_addr ( const char * strptr);
// 功能相同不过转换结果存在 inp指向的结构体中. 成功返回1 反之返回0
int inet_aton ( const char * cp, struct in_addr * inp);
// 函数返回一个静态变量地址值, 所以多次调用会导致覆盖
char * inet_ntoa ( struct in_addr in);
// src为 点分十进制字符串的IPv4地址 或 十六进制字符串表示的IPv6地址 存入dst的内存中 af指定地址族
// 可以为 AF_INET AF_INET6 成功返回1 失败返回-1
int inet_pton ( int af, const char * src, void * dst);
// 协议名, 需要转换的ip, 存储地址, 长度(有两个常量 INET_ADDRSTRLEN, INET6_ADDRSTRLEN)
const char * inet_ntop ( int af, const void * src, char * dst, socklen_t cnt);
// 创建 命名 监听 socket
# include < sys/types.h >
# include < sys/socket.h >
// domain指定使用那个协议族 PF_INET PF_INET6
// type指定服务类型 SOCK_STREAM (TCP协议) SOCK_DGRAM(UDP协议)
// protocol设置为默认的0
// 成功返回socket文件描述符(linux一切皆文件), 失败返回-1
int socket ( int domain, int type, int protocol);
// socket为socket文件描述符
// my_addr 为地址信息
// addrlen为socket地址长度
// 成功返回0 失败返回 -1
int bind ( int socket, const struct sockaddr * my_addr, socklen_t addrlen);
// backlog表示队列最大的长度
int listen ( int socket, int backlog);
// 接受连接 失败返回-1 成功时返回socket
int accept ( int sockfd, struct sockaddr * addr, socklen_t * addrlen)客戶端
// 发起连接
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 第三个参数为 地址指定的长度
// 成功返回0 失败返回-1
int connect ( int sockfd , const struct sockaddr * serv_addr , socklen_t addrlen );
// 关闭连接
#include <unistd.h>
// 参数为保存的socket
// 并非立即关闭, 将socket的引用计数-1, 当fd的引用计数为0, 才能关闭(需要查阅)
int close ( int fd );
// 立即关闭
#include <sys/socket.h>
// 第二个参数为可选值
// SHUT_RD 关闭读, socket的接收缓冲区的数据全部丢弃
// SHUT_WR 关闭写 socket的发送缓冲区全部在关闭前发送出去
// SHUT_RDWR 同时关闭读和写
// 成功返回0 失败为-1 设置errno
int shutdown ( int sockfd , int howto )基礎TCP
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
// 读取sockfd的数据
// buf 指定读缓冲区的位置
// len 指定读缓冲区的大小
// flags 参数较多
// 成功的时候返回读取到的长度, 可能小于预期长度, 需要多次读取. 读取到0 通信对方已经关闭连接, 错误返回-1
ssize_t recv ( int sockfd , void * buf , size_t len , int flags );
// 发送
ssize_t send ( int sockfd , const void * buf , size_t len , int flags );| 選項名 | 意義 | 可用於發送 | 可用於接收 |
|---|---|---|---|
| MSG_CONFIRM | 指示鏈路層協定持續監聽, 直到得到答案.(只能用於SOCK_DGRAM和SOCK_RAW類型的socket) | Y | N |
| MSG_DONTROUTE | 不查看路由表, 直接將資料傳送給本地的區域網路的主機(代表發送者知道目標主機就在本地網路中) | Y | N |
| MSG_DONTWAIT | 非阻塞 | Y | Y |
| MSG_MORE | 告知內核有更多的資料要發送, 等到資料寫入緩衝區完畢後,一併發送.減少短小的報文提高傳輸效率 | Y | N |
| MSG_WAITALL | 讀取操作一直等待到讀取到指定位元組後才會返回 | N | Y |
| MSG_PEEK | 看一下內快取數據, 並不會影響數據 | N | Y |
| MSG_OOB | 發送或接收緊急數據 | Y | Y |
| MSG_NOSIGNAL | 向讀取關閉的管道或socket連線中寫入資料不會觸發SIGPIPE訊號 | Y | N |
基礎UDP
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 由于UDP不保存状态, 每次发送数据都需要 加入目标地址.
// 不过recvfrom和sendto 也可以用于 面向STREAM的连接, 这样可以省略发送和接收端的socket地址
ssize_t recvfrom ( int sockfd , void * buf , size_t len , int flags , struct sockaddr * src_addr , socklen_t * addrlen );
ssize_t sendto ( int sockfd , const void * buf , size_t len , ing flags , const struct sockaddr * dest_addr , socklen_t addrlen );通用讀寫函數
#inclued <sys/socket.h>
ssize_t recvmsg ( int sockfd , struct msghdr * msg , int flags );
ssize_t sendmsg ( int sockfd , struct msghdr * msg , int flags );
struct msghdr
{
/* socket address --- 指向socket地址结构变量, 对于TCP连接需要设置为NULL*/
void * msg_name ;
socklen_t msg_namelen ;
/* 分散的内存块 --- 对于 recvmsg来说数据被读取后将存放在这里的块内存中, 内存的位置和长度由
* msg_iov指向的数组指定, 称为分散读(scatter read) ---对于sendmsg而言, msg_iovlen块的分散内存中
* 的数据将一并发送称为集中写(gather write);
*/
struct iovec * msg_iov ;
int msg_iovlen ; /* 分散内存块的数量*/
void * msg_control ; /* 指向辅助数据的起始位置*/
socklen_t msg_controllen ; /* 辅助数据的大小*/
int msg_flags ; /* 复制函数的flags参数, 并在调用过程中更新*/
};
struct iovec
{
void * iov_base /* 内存起始地址*/
size_t iov_len /* 这块内存长度*/
}其他Api
#include <sys/socket.h>
// 用于判断 sockfd是否处于带外标记, 即下一个被读取到的数据是否是带外数据,
// 是的话返回1, 不是返回0
// 这样就可以选择带MSG_OOB标志的recv调用来接收带外数据.
int sockatmark ( int sockfd );
// getsockname 获取sockfd对应的本端socket地址, 存入address指定的内存中, 长度存入address_len中 成功返回0失败返回-1
// getpeername 获取远端的信息, 同上
int getsockname ( int sockfd , struct sockaddr * address , socklen_t * address_len );
int getpeername ( int sockfd , struct sockaddr * address , socklen_t * address_len );
/* 以下函数头文件均相同*/
// sockfd 目标socket, level执行操作协议(IPv4, IPv6, TCP) option_name 参数指定了选项的名字. 后面值和长度
// 成功时返回0 失败返回-1
int getsockopt ( int sockfd , int level , int option_name , void * option_value ,
socklen_t restrict option_len );
int setsockopt ( int sockfd , int level , int option_name , void * option_value ,
socklen_t restrict option_len );| SO_REUSEADDR | 重複使用本地地址 | sock被設定此屬性後, 即使sock在被bind()後處於TIME_WAIT狀態, 此時與他綁定的socket地址依然能夠立即重用來綁定新的sock |
|---|---|---|
| SO_RCVBUF | TCP接收緩衝區大小 | 最小值為256位元組. 設定完後系統會自動加倍你所設定的值. 多出來的一倍將用用作空閒緩衝區處理擁塞 |
| SO_SNDBUF | TCP發送緩衝區大小 | 最小值為2048字節 |
| SO_RCVLOWAT | 接收的低水位標記 | 預設為1位元組, 當TCP接收緩衝區中可讀資料的總數大於其低水位標記時, IO復用系統呼叫將通知應用程式可以從對應的socket上讀取數據 |
| SO_SNDLOWAT | 發送的高水位標記 | 預設為1位元組, 當TCP發送緩衝區中空閒空間大於低水位標記的時候可以寫入數據 |
| SO_LINGER |
struct linger
{
int l_onoff /* 开启非0, 关闭为0*/
int l_linger ; /* 滞留时间*/
/*
* 当onoff为0的时候此项不起作用, close调用默认行为关闭socket
* 当onoff不为0 且linger为0, close将立即返回, TCP将丢弃发送缓冲区的残留数据, 同时发送一个复位报文段
* 当onoff不为0 且linger大于0 . 当socket阻塞的时候close将会等待TCP模块发送完残留数据并得到确认后关
* 闭, 如果是处于非阻塞则立即关闭
*/
};網路資訊API
#include <netdb.h>
// 通过主机名查找ip
struct hostent * gethostbyname ( const char * name );
// 通过ip获取主机完整信息
// type为IP地址类型 AF_INET和AF_INET6
struct hostent * gethostbyaddr ( const void * addr , size_t len , int type );
struct hostent
{
char * h_name ; /* Official name of host. */
char * * h_aliases ; /* Alias list. */
int h_addrtype ; /* Host address type. */
int h_length ; /* Length of address. */
char * * h_addr_list ; /* List of addresses from name server. */
}
int main ( int argc , char * argv [])
{
if ( argc != 2 )
{
printf ( "非法输入n" );
exit ( 0 );
}
char * name = argv [ 1 ];
struct hostent * hostptr {};
hostptr = gethostbyname ( name );
if ( hostptr == nullptr )
{
printf ( "输入存在错误 或无法获取n" );
exit ( 0 );
}
printf ( "Official name of hostptr: %sn" , hostptr -> h_name );
char * * pptr ;
char inet_addr [ INET_ADDRSTRLEN ];
printf ( "Alias list:n" );
for ( pptr = hostptr -> h_aliases ; * pptr != nullptr ; ++ pptr )
{
printf ( "t%sn" , * pptr );
}
switch ( hostptr -> h_addrtype )
{
case AF_INET :
{
printf ( "List of addresses from name server:n" );
for ( pptr = hostptr -> h_addr_list ; * pptr != nullptr ; ++ pptr )
{
printf ( "t%sn" ,
inet_ntop ( hostptr -> h_addrtype , * pptr , inet_addr , sizeof ( inet_addr )));
}
break ;
}
default :
{
printf ( "unknow address typen" );
exit ( 0 );
}
}
return 0 ;
}
/*
./run baidu.com
Official name of hostptr: baidu.com
Alias list:
List of addresses from name server:
39.156.69.79
220.181.38.148
*/以下兩個函數透過讀取/etc/services檔案來取得服務資訊以下內容來自維基百科
Service檔案是現代作業系統在etc目錄下的一個設定文件，記錄網路服務名稱對應的連接埠號碼與協定其用途如下
#include <netdb.h>
// 根据名称获取某个服务的完整信息
struct servent getservbyname ( const char * name , const char * proto );
// 根据端口号获取服务信息
struct servent getservbyport ( int port , const char * proto );
struct servent
{
char * s_name ; /* 服务名称*/
char * * s_aliases ; /* 服务的别名列表*/
int s_port ; /* 端口号*/
char * s_proto ; /* 服务类型, 通常为TCP或UDP*/
} #include <netdb.h>
// 内部使用的gethostbyname 和 getserverbyname
// hostname 用于接收主机名, 也可以用来接收字符串表示的IP地址(点分十进制, 十六进制字符串)
// service 用于接收服务名, 字符串表示的十进制端口号
// hints参数 对getaddrinfo的输出进行更准确的控制, 可以设置为NULL, 允许反馈各种有用的结果
// result 指向一个链表, 用于存储getaddrinfo的反馈结果
int getaddrinfo ( const char * hostname , const char * service , const struct addrinfo * hints , struct addrinfo * * result )
struct addrinfo
{
int ai_flags ;
int ai_family ;
int ai_socktype ; /* 服务类型, SOCK_STREAM或者SOCK_DGRAM*/
int ai_protocol ;
socklen_t ai_addrlen ;
char * ai_canonname ; /* 主机的别名*/
struct sockaddr * ai_addr ; /* 指向socket地址*/
struct addrinfo * ai_next ; /* 指向下一个结构体*/
}
// 需要手动的释放堆内存
void freeaddrinfo ( struct addrinfo * res ); #include <netdb.h>
// host 存储返回的主机名
// serv存储返回的服务名
int getnameinfo ( const struct sockaddr * sockaddr , socklen_t addrlen , char * host , socklen_t hostlen , char * serv
socklen_t servlen , int flags );測試使用
telnet ip port #来连接服务器的此端口
netstat -nt | grep port #来查看此端口的监听Linux提供的高級IO函數, 自然是特定條件下能力更強, 不然要他幹啥, 特定條件自然限制了他的使用頻率文件描述符檔案描述符在是一個非負整數。是一個索引值,指向核心為每一個行程所維護的該行程開啟檔案的記錄表。 STDOUT_FILENO(值為1)- 值為1的文件描述符為標準輸出, 關閉STDOUT_FILENO後用dup即可返回最小可用值(目前為, 1) 這樣輸出就重定向到了調用dup的參數指向的文件
pipe函數這個函數可用於建立一個管道, 實現進程間的通訊.
// 函数定义
// 参数文件描述符数组 fd[0] 读出 fd[1]写入 单向管道
// 成功返回0, 并将一对打开的文件描述符填入其参数指向的数组
// 失败返回-1 errno
#include <unistd.h>
int pipe ( int fd [ 2 ]); // 双向管道
// 第一个参数为 协议PF_UNIX(书上是AF_UNIX)感觉这里指明协议使用PF更好一些
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socketpair ( int domain , int type , int protocol , int fd [ 2 ]);學習了後面的內容了解到了進程間通訊, 回來補上一個例子
int main ()
{
int fds [ 2 ];
socketpair ( PF_UNIX , SOCK_STREAM , 0 , fds );
int pid = fork ();
if ( pid == 0 )
{
close ( fds [ 0 ]);
char a [] = "123" ;
send ( fds [ 1 ], a , strlen ( a ), 0 );
}
else if ( pid > 0 )
{
close ( fds [ 1 ]);
char b [ 20 ] {};
recv ( fds [ 0 ], b , 20 , 0 );
printf ( "%s" , b );
}
}dup和dup2函數複製一個現有的文件描述符
#include <unistd.h>
// 返回的文件描述符总是取系统当前可用的最小整数值
int dup ( int oldfd );
// 可以用newfd来制定新的文件描述符, 如果newfd已经被打开则先关闭
// 如果newfd==oldfd 则不关闭newfd直接返回
int dup2 ( int oldfd , int newfd ); dup函數建立一個新的檔案描述子, 新的檔案描述子和原有的file_descriptor共同指向相同的目標. 回來補上範例, 這個例子由於關掉了STDOUT_FILENO dup最小的即為STDOUT_FILENO所以標準輸出都到了這個文件之中
int main ()
{
int filefd = open ( "/home/lsmg/1.txt" , O_WRONLY );
close ( STDOUT_FILENO );
dup ( filefd );
printf ( "123n" );
exit ( 0 );
}readv/writev
#include <sys/uio.h>
// count 为 vector的长度, 即为有多少块内存
// 成功时返回写入读取的长度 失败返回-1
ssize_t readv ( int fd , const struct iovec * vector , int count );
ssize_t writev ( int fd , const struct iovec * vector , int count );
struct iovec {
void * iov_base /* 内存起始地址*/
size_t iov_len /* 这块内存长度*/
}回來補上一個使用例子, 這個例子將一個int的內存表示寫入到了文件之中使用hexdump查看這個文件0000000 86a0 0001可以看到186a0即為100000
// 2020年1月7日16:52:11
int main ()
{
int file = open ( "/home/lsmg/1.txt" , O_WRONLY );
int temp = 100000 ;
iovec temp_iovec {};
temp_iovec . iov_base = & temp ;
temp_iovec . iov_len = sizeof ( temp );
writev ( file , & temp_iovec , 1 );
}sendfile函數
#include <sys/sendfile.h>
// offset为指定输入流从哪里开始读, 如果为NULL 则从开头读取
ssize_t sendfile ( int out_fd , int in_fd , off_t * offset , size_t count );
O_RDONLY只读模式
O_WRONLY只写模式
O_RDWR读写模式
int open ( file_name , flag );stat結構體, 可用fstat產生,簡直就是檔案的身份證
#include <sys/stat.h>
struct stat
{
dev_t st_dev ; /* ID of device containing file -文件所在设备的ID*/
ino_t st_ino ; /* inode number -inode节点号*/
mode_t st_mode ; /* protection -保护模式?*/
nlink_t st_nlink ; /* number of hard links -链向此文件的连接数(硬连接)*/
uid_t st_uid ; /* user ID of owner -user id*/
gid_t st_gid ; /* group ID of owner - group id*/
dev_t st_rdev ; /* device ID (if special file) -设备号，针对设备文件*/
off_t st_size ; /* total size, in bytes -文件大小，字节为单位*/
blksize_t st_blksize ; /* blocksize for filesystem I/O -系统块的大小*/
blkcnt_t st_blocks ; /* number of blocks allocated -文件所占块数*/
time_t st_atime ; /* time of last access -最近存取时间*/
time_t st_mtime ; /* time of last modification -最近修改时间*/
time_t st_ctime ; /* time of last status change - */
};身分證產生函數
// 第一个参数需要调用open生成文件描述符
// 下面其他两个为文件全路径
int fstat ( int filedes , struct stat * buf );
// 当路径指向为符号链接的时候, lstat为符号链接的信息. stat为符号链接指向文件信息
int stat ( const char * path , struct stat * buf );
int lstat ( const char * path , struct stat * buf );
/*
* ln -s source dist 建立软连接, 类似快捷方式, 也叫符号链接
* ln source dist 建立硬链接, 同一个文件使用多个不同的别名, 指向同一个文件数据块, 只要硬链接不被完全
* 删除就可以正常访问
* 文件数据块 - 文件的真正数据是一个文件数据块, 打开的`文件`指向这个数据块, 就是说
* `文件`本身就类似快捷方式, 指向文件存在的区域.
*/mmap和munmap函數
mmap建立一塊進程通訊共享的記憶體(可以將檔案映射入其中), munmap釋放這塊內存
#include <sys/mman.h>
// start 内存起始位置, 如果为NULL则系统分配一个地址 length为长度
// port参数 PROT_READ(可读) PROT_WRITE(可写) PROT_EXEC(可执行), PROT_NONE(不可访问)
// flag参数 内存被修改后的行为
// - MAP_SHARED 进程间共享内存, 对内存的修改反映到映射文件中
// - MAP_PRIVATE 为调用进程私有, 对该内存段的修改不会反映到文件中
// - MAP_ANONUMOUS 不是从文件映射而来, 内容被初始化为0, 最后两个参数被忽略
// 成功返回区域指针, 失败返回 -1
void * mmap ( void * start , size_t length , int port , int flags , int fd , off_t offset );
// 成功返回0 失败返回-1
int munmap ( void * start , size_t length );splice函數用於在兩個檔案名稱描述符之間移動資料, 0拷貝操作
#include <fcntl.h>
// fd_in 为文件描述符, 如果为管道文件描述符则 off_in必须为NULL, 否则为读取开始偏移位置
// len为指定移动的数据长度, flags参数控制数据如何移动.
// - SPLICE_F_NONBLOCK 非阻塞splice操作, 但会受文件描述符自身的阻塞
// - SPLICE_F_MORE 给内核一个提示, 后续的splice调用将读取更多的数据???????
ssize_t splice ( int fd_in , loff_t * off_in , int fd_out , loff_t * off_out , size_t len , unsigned int flags );
// 使用splice函数 实现echo服务器
int main ( int argc , char * argv [])
{
if ( argc <= 2 )
{
printf ( "the parmerters is wrongn" );
exit ( errno );
}
char * ip = argv [ 1 ];
int port = atoi ( argv [ 2 ]);
printf ( "the port is %d the ip is %sn" , port , ip );
int sockfd = socket ( PF_INET , SOCK_STREAM , 0 );
assert ( sockfd >= 0 );
struct sockaddr_in address {};
address . sin_family = AF_INET ;
address . sin_port = htons ( port );
inet_pton ( AF_INET , ip , & address . sin_addr );
int ret = bind ( sockfd , ( sockaddr * ) & address , sizeof ( address ));
assert ( ret != -1 );
ret = listen ( sockfd , 5 );
int clientfd {};
sockaddr_in client_address {};
socklen_t client_addrlen = sizeof ( client_address );
clientfd = accept ( sockfd , ( sockaddr * ) & client_address , & client_addrlen );
if ( clientfd < 0 )
{
printf ( "accept errorn" );
}
else
{
printf ( "a new connection from %s:%d successn" , inet_ntoa ( client_address . sin_addr ), ntohs ( client_address . sin_port ));
int fds [ 2 ];
pipe ( fds );
ret = splice ( clientfd , nullptr , fds [ 1 ], nullptr , 32768 , SPLICE_F_MORE );
assert ( ret != -1 );
ret = splice ( fds [ 0 ], nullptr , clientfd , nullptr , 32768 , SPLICE_F_MORE );
assert ( ret != -1 );
close ( clientfd );
}
close ( sockfd );
exit ( 0 );
}select 函數select函數在第二個參數列表可讀的時候返回或是等到了規定的時間返回
傳回之後第二個參數指向fdset的集合被修改為可讀的fd列表這就需要每次回傳後更新fdset集合
返回後此函數的返回值為可讀的fd數量, 遍歷fdset集合同時使用FD_ISSET判斷fdset[i] 是否在其中然後判斷此fd是否為listenfd 如果是則接受新的連接如果不是說明是已經接受的其他fd 判斷是有資料可讀還是此連線斷開
#include <fcntl.h>
// maxfdp 最大数 FD_SETSIZE
// struct fd_set 一个集合,可以存储多个文件描述符
// - FD_ZERO(&fd_set) 清空 -FD_SET(fd, &fd_set) 放入fd FD_CLR(fd, &fd_set)从其中清除fd
// - FD_ISSET(fd, &fd_set) 判断是否在其中
// readfds 需要监视的文件描述符读变化, 其中的文件描述符可读的时候返回
// writefds 需要监视的文件描述符写变化, 其中的文件描述符可写的时候返回
// errorfds 错误
// timeout 传入NULL为阻塞, 设置为0秒0微秒则变为非阻塞函数
// 返回值 负值为错误 等待超时说明文件无变化返回0 有变化返回正值
int select ( int maxfdp , fd_set * readfds , fd_set * writefds , fd_set * errorfds , struct timeval * timeout );
#define exit_if ( r , ...)
{
if (r)
{
printf(__VA_ARGS__);
printf("errno no: %d, error msg is %s", errno, strerror(errno));
exit(1);
}
}
int main ( int argc , char * argv [])
{
int keyboard_fd = open ( "/dev/tty" , O_RDONLY | O_NONBLOCK );
exit_if ( keyboard_fd < 0 , "open keyboard fd errorn" );
fd_set readfd ;
char recv_buffer = 0 ;
while (true)
{
FD_ZERO ( & readfd );
FD_SET ( 0 , & readfd );
timeval timeout { 5 , 0 };
int ret = select ( keyboard_fd + 1 , & readfd , nullptr , nullptr , & timeout );
exit_if ( ret == -1 , "select errorn" );
if ( ret > 0 )
{
if ( FD_ISSET ( keyboard_fd , & readfd ))
{
recv_buffer = 0 ;
read ( keyboard_fd , & recv_buffer , 1 );
if ( 'n' == recv_buffer )
{
continue ;
}
if ( 'q' == recv_buffer )
{
break ;
}
printf ( "the input is %cn" , recv_buffer );
}
}
if ( ret == 0 )
{
printf ( "timeoutn" );
}
}
}sudo service rsyslog restart // 启动守护进程 #include <syslog.h>
// priority参数是所谓的设施值(记录日志信息来源, 默认为LOG_USER)与日志级别的按位或
// - 0 LOG_EMERG /* 系统不可用*/
// - 1 LOG_ALERT /* 报警需要立即采取行动*/
// - 2 LOG_CRIT /* 非常严重的情况*/
// - 3 LOG_ERR /* 错误*/
// - 4 LOG_WARNING /* 警告*/
// - 5 LOG_NOTICE /* 通知*/
// - 6 LOG_INFO /* 信息*/
// -7 LOG_DEBUG /* 调试*/
void syslog ( int priority , const char * message , .....);
// ident 位于日志的时间后 通常为名字
// logopt 对后续 syslog调用的行为进行配置
// - 0x01 LOG_PID /* 在日志信息中包含程序PID*/
// - 0x02 LOG_CONS /* 如果信息不能记录到日志文件, 则打印到终端*/
// - 0x04 LOG_ODELAY /* 延迟打开日志功能直到第一次调用syslog*/
// - 0x08 LOG_NDELAY /* 不延迟打开日志功能*/
// facility参数可以修改syslog函数中的默认设施值
void openlog ( const char * ident , int logopt , int facility );
// maskpri 一共八位 0000-0000
// 如果将最后一个0置为1 表示 记录0级别的日志
// 如果将最后两个0都置为1 表示记录0和1级别的日志
// 可以通过LOG_MASK() 宏设定 比如LOG_MASK(LOG_CRIT) 表示将倒数第三个0置为1, 表示只记录LOG_CRIT
// 如果直接设置setlogmask(3); 3的二进制最后两个数均为1 则记录 0和1级别的日志
int setlogmask ( int maskpri );
// 关闭日志功能
void closelog ();UID - 真實使用者ID EUID - 有效使用者ID - 方便資源存取GID - 真實群組ID EGID - 有效群組ID
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
uid_t getuid ();
uid_t geteuid ();
gid_t getgid ();
gid_t getegid ();
int setuid ( uid_t uid );
int seteuid ( uid_t euid );
int setgid ( gid_t gid );
int setegid ( gid_t gid );可以透過setuid和setgid切換用戶root用戶uid和gid均為0
PGID - 進程組ID(Linux下每個進程隸屬於一個進程組)
#include <unistd.h> pid_t getpgid(pid_t pid); 成功時回傳pid所屬的pgid 失敗回傳-1 int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);
會話一些有關聯的進程組將形成一個會話略過
查看進程關係ps和less
資源限制略改變目錄略
伺服器模型-CS模型
優點
模式圖
編寫的demo 沒有用到fork函數. 後續待完善
伺服器框架IO模型
這個模型大概能夠理解, 自己也算是學了半年的Javaweb.
socket在創建的時候默認是阻塞的, 不過可以通過傳SOCK_NONBLOCK參解決非阻塞調用都會立即返回但可能事件沒有發生(recv沒有接收到信息), 沒有發生和出錯都會返回-1所以需要通過errno來區分這些錯誤.事件未發生accept, send,recv errno被設定為EAGAIN(再来一次)或EWOULDBLOCK(期望阻塞) connect被設定為EINPROGRESS(正在处理中)
需要在事件已經發生的情況下去呼叫非阻塞IO, 才能提高效能
常用IO復用函數select poll epoll_wait將在第九章後面說明訊號將在第十章說明
兩種高效率的事件處理模式和並發模式
程式分為運算密集型(CPU使用很多, IO資源使用很少)和IO密集型(反過來). 前者使用並發程式設計反而會降低效率, 後者則會提升效率並發程式設計有多進程和多執行緒兩種方式
並發模式- IO單元和多個邏輯單元之間協調完成任務的方法. 伺服器主要有兩種並發模式
半同步/半非同步模式在IO模型中, 非同步和同步的區分是核心向應用程式通知的是何種IO事件(就緒事件還是完成事件), 以及由誰來完成IO讀寫(應用程式還是核心)
而在這裡(並發模式) 同步指的是完全按照代碼序列的順序執行- 按照同步方式運行的線程稱為同步線程異步需要係統事件(中斷, 信號)來驅動- 按照異步方式運行的線程稱為異步執行緒
伺服器(需要較好的即時性且能同時處理多個客戶請求) - 一般使用同步線程和異步線程來實現,即為半同步/半異步模式同步線程- 處理客戶邏輯, 處理請求隊列中的對象異步線程- 處理IO事件, 接收到客戶請求後將其封裝成請求對象並插入請求隊列
半同步/半非同步模式存在變體半同步/半反应堆模式
非同步線程- 主線程- 負責監聽所有socket上的事件
領導者/追隨者模式略
高效率程式設計方法- 有限狀態機
// 状态独立的有限状态机
STATE_MACHINE ( Package _pack ) {
PackageType _type = _pack . GetType ();
switch ( _type ) {
case type_A :
xxxx ;
break ;
case type_B :
xxxx ;
break ;
}
}
// 带状态转移的有限状态机
STATE_MACHINE () {
State cur_State = type_A ;
while ( cur_State != type_C ) {
Package _pack = getNewPackage ();
switch ( cur_State ) {
case type_A :
process_package_state_A ( _pack );
cur_State = type_B ;
break ;
case type_B :
xxxx ;
cur_State = type_C ;
break ;
}
}
}花了小一個小時終於一個字母一個字母的抄完了那個5000多字的代碼@2019年9月8日22:08:46@
池- 用空間換取時間進程池和執行緒池
資料複製- 高效能的伺服器應該盡量避免不必要的複製
上下文切換和鎖減少锁的作用區域. 不應該創建太多的工作進程, 而是使用專門的業務邏輯線程.
I/O復用使得程式能同時監聽多個檔案描述子.
常用手段select , poll , epoll
# include < sys/select.h >
// nfds - 被监听的文件描述符总数
// 后面三个分别指向 可读, 可写, 异常等事件对应的文件描述符集合
// timeval select超时时间 如果传递0 则为非阻塞, 设置为NULL则为阻塞
// 成功返回就绪(可读, 可写, 异常)文件描述符的总数, 没有则返回0 失败返回-1
int select ( int nfds, fd_set * readfds, fd_set * writefds, fd_set * exceptfds, struct timeval * timeout);
//操作fd_set的宏
FD_ZERO ( fd_set * fdset);
FD_SET ( int fd, fd_set * fdset);
FD_CLR ( int fd, fd_set * fdset);
FD_ISSET ( int fd, fd_set * fdset);
// 设置 timeval 超时时间
struct timeval
{
long tv_sec; // 秒
long tv_usec; // 微秒
}select
檔案描述符就緒條件
poll
# include < poll.h >
// fds 结构体类型数组 指定我们感兴趣的文件描述符上发生的可读可写和异常事件
// nfds 遍历结合大小 左闭右开
// timeout 单位为毫秒 -1 为阻塞 0 为立即返回
int poll ( struct pollfd * fds, nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd
{
int fd;
short events; //注册的事件, 告知poll监听fd上的哪些事件
short revents; // 实际发生的事件
}# define exit_if (r, ...)
{
if (r)
{
printf (__VA_ARGS__);
printf ( " errno no: %d, error msg is %s " , errno, strerror (errno));
exit ( 1 );
}
}
struct client_info
{
char *ip_;
int port_;
};
int main ( int argc, char * argv[])
{
int port = 8001 ;
char ip[] = " 127.0.0.1 " ;
struct sockaddr_in address;
address. sin_port = htons (port);
address. sin_family = AF_INET;
address. sin_addr . s_addr = htons (INADDR_ANY);
int listenfd = socket (PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
exit_if (listenfd < 0 , " socket error n " );
int ret = bind (listenfd, ( struct sockaddr *)&address, sizeof (address));
exit_if (ret == - 1 , " bind error n " );
ret = listen (listenfd, 5 );
exit_if (ret == - 1 , " listen error n " );
constexpr int MAX_CLIENTS = 1024 ;
struct pollfd polls[MAX_CLIENTS] = {};
struct client_info clientsinfo[MAX_CLIENTS] = {};
polls[ 3 ]. fd = listenfd;
polls[ 3 ]. events = POLLIN | POLLRDHUP;
while ( true )
{
ret = poll (polls, MAX_CLIENTS + 1 , - 1 );
exit_if (ret == - 1 , " poll error n " );
for ( int i = 3 ; i <= MAX_CLIENTS; ++i)
{
int fd = polls[i]. fd ;
if (polls[i]. revents & POLLRDHUP)
{
polls[i]. events = 0 ;
printf ( " close fd-%d from %s:%d n " , fd, clientsinfo[fd]. ip_ , clientsinfo[fd]. port_ );
}
if (polls[i]. revents & POLLIN)
{
if (fd == listenfd)
{
struct sockaddr_in client_address;
socklen_t client_addresslen = sizeof (client_address);
int clientfd = accept (listenfd, ( struct sockaddr *)&client_address,
&client_addresslen);
struct client_info *clientinfo = &clientsinfo[clientfd];
clientinfo-> ip_ = inet_ntoa (client_address. sin_addr );
clientinfo-> port_ = ntohs (client_address. sin_port );
exit_if (clientfd < 0 , " accpet error, from %s:%d n " , clientinfo-> ip_ ,
clientinfo-> port_ );
printf ( " accept from %s:%d n " , clientinfo-> ip_ , clientinfo-> port_ );
polls[clientfd]. fd = clientfd;
polls[clientfd]. events = POLLIN | POLLRDHUP;
}
else
{
char buffer[ 1024 ];
memset (buffer, ' ' , sizeof (buffer));
ret = read (fd, buffer, 1024 );
if (ret == 0 )
{
close (fd);
}
else
{
printf ( " recv from %s:%d: n %s n " , clientsinfo[fd]. ip_ ,
clientsinfo[fd]. port_ , buffer);
}
}
}
}
}
}epoll
epoll是Linux特有的I/O復用函數, 實作上與select,poll有很大的差異
有特定的檔案描述子建立函數, 來識別這個事件表epoll_create() epoll_ctl()用來操作這個核心事件表epoll_wait()為主要函數成功傳回就緒的檔案描述符個數失敗回傳-1 如果epoll_wait()函數偵測到事件,就將所有就緒的事件從核心事件表(由第一個參數, epoll_create傳回的結果) 複製到第二個參數event指向的陣列中,這個數組只用於輸出epoll_wait偵測到的就緒事件.
event不同於select和poll的陣列參數既用於傳入使用者註冊的事件, 又用於輸出核心偵測到的就緒事件, 提高了效率
// 索引poll返回的就绪文件描述符
int ret = poll(fds, MAX_EVENT_NUMBER - 1 );
// 遍历
for ( int i = 0 ; i < MAX_EVENT_NUMBER; ++i) {
if (fds[i]. revents & POLLIN) {
int sockfd = fds[i]. fd ;
}
}
// 索引epoll返回的就绪文件描述符
int ret = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENT_NUMBER, - 1 );
for ( int i = 0 ; i < ret; i++) {
int sockfd = events[i]. data . fd ;
// sockfd 一定就绪 ?????
}LT和ET模式LT(電平觸發, 預設的工作模式) LT模式下的epoll相當於一個效率較高的poll epoll_wait將會一隻通知一個事件知道這個事件被處理
ET(邊緣觸發, epoll的高效工作模式)模式當向epoll內核事件表中註冊一個文件描述符上的EPOLLET事件的時候, epoll將用ET模式來操作這個文件描述符epoll_wait只會通知一次, 不論這個事件有沒有完成
ET模式
-> 123456789-123456789-123456789
event trigger once
get 9bytes of content: 123456789
get 9bytes of content: -12345678
get 9bytes of content: 9-1234567
get 4bytes of content: 89
read later
LT模式
-> 123456789-123456789-123456789
event trigger once
get 9bytes of contents: 123456789
event trigger once
get 9bytes of contents: -12345678
event trigger once
get 9bytes of contents: 9-1234567
event trigger once
get 4bytes of contents: 89
ET模式有任務到來就必須做完, 因為後續將不會繼續通知這個事件, 所以ET是epoll的高效工作模式LT模式只要事件沒被處理就會一直通知
# include < epoll.h >
// size 参数只是给内核一个提示, 事件表需要多大
// 函数返回其他所有epoll系统调用的第一个参数, 来指定要访问的内核事件表
int epoll_create ( int size);
// epfd 为 epoll_create的返回值
// op为操作类型
// - EPOLL_CTL_ADD 向事件表中注册fd上的事件
// - EPOLL_CTL_MOD 修改fd上的注册事件
// - EPOLL_CTL_DEL 删除fd上的注册事件
// fd 为要操作的文件描述符
int epoll_ctl ( int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
struct epoll_event
{
_uint32_t events; // epoll事件
epoll_data_t data; // 用户数据 是一个联合体
}
typedef union epoll_data
{
void * ptr; // ptr fd 不能同时使用
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t
// maxevents监听事件数 必须大于0
// timeout 为-1 表示阻塞
// 成功返回就绪的文件描述符个数 失败返回-1
int epoll_wait ( int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);select以及poll和epoll相同
connect出錯的時候會返回一個errno值EINPROGRESS - 表示對非阻塞socket調用connect, 連接又沒有立即建立的時候, 這時可以調用select和poll函數來監聽這個連接失敗的socket上的可寫事件.
當函數回傳的時候, 可以用getsockopt來讀取錯誤碼, 並清楚該socket上的錯誤.錯誤碼為0表示成功
發送訊號Api
# include < sys/types.h >
# include < signal.h >
// pid > 0 发送给PID为pid标识的进程
// 0 发送给本进程组的其他进程
// -1 发送给进程以外的所有进程, 但发送者需要有对目标进程发送信号的权限
// < -1 发送给组ID为 -pid 的进程组中的所有成员
// 出错信息 EINVAL 无效信号, EPERM 该进程没有权限给任何一个目标进程 ESRCH 目标进程(组) 不存在
int kill ( pid_t pid, int sig);接收訊號Api
# include < signal.h >
typedef void (* _sighandler_t ) ( int );
# include < bits/signum.h > // 此头文件中有所有的linux可用信号
// 忽略目标信号
# define SIG_DFL (( _sighandler_t ) 0 )
// 使用信号的默认处理方式
# define SIG_IGN (( _sighandler_t ) 1 )常用訊號
SIGHUP 控制终端挂起
SIGPIPE 往读端被关闭的管道或者socket连接中写数据
SIGURG socket连接上收到紧急数据
SIGALRM 由alarm或setitimer设置的实时闹钟超时引起
SIGCHLD 子进程状态变化
訊號函數
// 为一个信号设置处理函数
# include < signal.h >
// _handler 指定sig的处理函数
_sighandler_t signal ( int sig, __sighandler_t _handler)
int sigaction( int sig, struct sigaction * act, struct sigaction * oact)訊號是使用者, 系統, 或進程傳送給目標行程的訊息, 以通知目標行程某個狀態的改變或系統異常. 產生條件
SIGINTSIGALRM訊號伺服器必須處理(至少忽略) 一些常見的訊號, 以免異常終止
中斷系統呼叫?
SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO使用範例, 透過設定對應的SO_SNDTIMEO 得到超時後的路線
int timeout_connect ( const char * ip, const int port, const int sec)
{
struct sockaddr_in address{};
address. sin_family = AF_INET;
address. sin_port = htons (port);
address. sin_addr . s_addr = inet_addr (ip);
int sockfd = socket (PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
exit_if (sockfd < 0 , " socket error n " );
struct timeval timeout{};
timeout. tv_sec = sec;
timeout. tv_usec = 0 ;
socklen_t timeout_len = sizeof (timeout);
setsockopt (sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, timeout_len);
int ret = connect (sockfd, ( struct sockaddr *)&address, sizeof (address));
if (ret == - 1 )
{
// 当 errno为EINPROGRESS 说明 等待了 10S后依然无法连接成功 实现了定时器
if (errno == EINPROGRESS)
{
printf ( " connecting timeout, process timeout logic n " );
return - 1 ;
}
printf ( " error occur when connecting to server n " );
return - 1 ;
}
return sockfd;
}
int main ( int argc, char * argv[])
{
exit_if (argc <= 2 , " wrong number of parameters n " )
const char * ip = argv[ 1 ];
const int port = atoi (argv[ 2 ]);
int sockfd = timeout_connect (ip, port, 10 );
if (sockfd < 0 )
{
return 1 ;
}
return 0 ;
}由alarm和setitimer函數設定的實時鬧鐘一旦超時, 將會觸發SIGALRM信號, 用信號處理函數處理定時任務相關的代碼放在了github上代碼還是很多的就不放上來了連接
總結放在了日記的部落格連結後面再甩出來
另出一篇博客
# include < unistd.h >
// 声明这个是外部函数或外部变量
extern char ** environ;
// path 参数指定可执行文件的完成路径 file接收文件名,具体位置在PATH中搜寻
// arg-接受可变参数 和 argv用于向新的程序传递参数数组
// envp用于设置新程序的环境变量, 未设置则使用全局的环境变量
// exec函数是不返回的, 除非出错
// 如果未报错则源程序被新的程序完全替换
int execl ( const char * path, const char * arg, ...);
int execlp ( const char * file, const char * arg, ...);
int execle ( const char * path, const char * arg, ..., char * const envp[])
int execv( const char * path, char * const argv[]);
int execvp ( const char * file, char * const argv[]);
int execve ( const char * path, char * const argv[], char * const envp[]);# include < sys/types.h >
# include < unistd.h >
// 每次调用都返回两次, 在父进程中返回的子进程的PID, 在子进程中返回0
// 次返回值用于区分是父进程还是子进程
// 失败返回-1
pid_t fork (viod);fork系統呼叫fork() 函數複製目前的行程, 在核心行程表中建立一個新的行程表項新的行程表項有很多的屬性和原行程相同
文件描述符的引用计数父进程的用户根目录, 当前工作目录等变量的引用计数均加1也存在不同的項目
信号位图被清除(原始進程設定的訊號處理函數對新進程無效)(引自維基百科-引用計數是電腦程式語言中的記憶體管理技術，是指將資源（可以是物件、記憶體或磁碟空間等等）的被引用次數保存起來，當被引用次數變為零時就將其釋放的過程。
The child process is an exact duplicate of the parent process except for the following points:
The child has its own unique process ID, and this PID does not match the ID of any existing process group (setpgid(2)) or session. 子進程擁有自己唯一的進程ID, 不與其他相同
The child's parent process ID is the same as the parent's process ID. 子進程的父進程ID PPID 與父進程ID PID相同
The child does not inherit its parent's memory locks (mlock(2), mlockall(2)). 子程序不繼承父進程的內存鎖(保證一部分內存處於內存中, 而不是sawp分區)
Process resource utilizations (getrusage(2)) and CPU time counters (times(2)) are reset to zero in the child. 進程資源使用和CPU時間計數器在子進程中重設為0
The child's set of pending signals is initially empty (sigpending(2)). 訊號位圖被初始化為空原訊號處理函數對子程序無效需重新設置
The child does not inherit semaphore adjustments from its parent (semop(2)). 不會繼承semadj
The child does not inherit process-associated record locks from its parent (fcntl(2)). (On the other hand, it does inherit fcntl(2) open file description locks and flock(2) locks from its parent.)
The child does not inherit timers from its parent (setitimer(2), alarm(2), timer_create(2)). 不會繼承定時器
The child does not inherit outstanding asynchronous I/O operations from its parent (aio_read(3), aio_write(3)), nor does it inherit any asynchronous I/O contexts from its parent (see io_up((22).
# include < sys/types.h >
# include < sys/wait.h >
// wait进程将阻塞进程, 直到该进程的某个子进程结束运行为止. 他返回结束的子进程的PID, 并将该子进程的退出状态存储于stat_loc参数指向的内存中. sys/wait.h 头文件中定义了宏来帮助解释退出信息.
pid_t wait ( int * stat_loc);
// 非阻塞, 只等待由pid指定的目标子进程(-1为阻塞)
// options函数取值WNOHANG-waitpid立即返回
// 如果目标子进程正常退出, 则返回子进程的pid
// 如果还没有结束或意外终止, 则立即返回0
// 调用失败返回-1
pid_t waitpid ( pid_t pid, int * stat_loc, int options);
WIFEXITED (stat_val); // 子进程正常结束, 返回一个非0
WEXITSTATUS (stat_val); // 如果WIFEXITED 非0, 它返回子进程的退出码
WIFSIGNALED (stat_val); // 如果子进程是因为一个未捕获的信号而终止, 返回一个非0值
WTERMSIG (stat_val); // 如果WIFSIGNALED非0 返回一个信号值
WIFSTOPPED (stat_val); // 如果子进程意外终止, 它返回一个非0值
WSTOPSIG (stat_val); // 如果WIFSTOPED非0, 它返回一个信号值對於多進程程序而言, 父進程一般需要跟踪子進程的退出狀態. 因此, 當子進程結束運行是, 內核不會立即釋放該進程的進程表項, 以滿足父進程後續對孩子進程推出信息的查詢
子进程结束运行之后, 父进程读取其退出状态前, 我們稱該子進程處於僵尸态父进程结束运行之后, 子进程退出之前, 處於僵尸态以上兩種狀態都是父行程沒有正確處理子行程的回傳訊息, 子行程都停留在殭屍態, 佔據著核心資源.
waitpid()雖然為非阻塞, 則需要在waitpid所監視的進程結束後再調用. SIGCHLD信號- 子進程結束後將給父進程發送此信號
static void handle_child ( int sig)
{
pid_t pid;
int stat;
while ((pid = waitpid (- 1 , &stat, WNOHANG)) > 0 )
{
// 善后处理emmmm
}
}信號量原語只支援兩種操作, 等待(wait)和訊號(signal) , 在LInux中等待和訊號有特殊的意義, 所以又稱為P(passeren, 傳遞就好像進入臨界區)V(vrijgeven, 釋放就好像退出臨界區)操作. 假設有信號量SV(可取任何自然數, 這本書只討論二進制信號量), 對它的PV操作含義為
總結PV使用方法
使用semget取得到唯一的識別. 使用semctl的SETVAL傳入初始化val的sem_un聯合體.來初始化val 呼叫semop傳入唯一識別, sem_op=-1執行P(鎖)操作sem_op=1執行V(開鎖)操作開關鎖定透過當sem_op=-1,semval=0且未指定IPC_NOWAIT等待semval被sem_op=1改為semval=1
創建信號量
// semeget 系统调用
// 创建一个全局唯一的信号量集, 或者获取一个已经存在的信号量集
// key 参数是一个键值, 用来标识一个全局唯一的信号量级,可以在不同进程中获取
// num_sems 参数指定要创建/获取的信号量集中信号量的数目. 如果是创建信号量-必须指定, 如果是获取-可以指定为0. 一般都是为1
// sem_flags指定一组标志, 来控制权限
// - 可以与IPC_CREAT 做或运算创建新的信号量集, 即使信号量集存在也不会报错
// - IPC_CREAT | IPC_EXCL来创建一组唯一信号量集 如果已经存在则会返回错误 errno = EEXIST
// 成功返回一个正整数, 是信号量集的标识符, 失败返回 -1
int semget ( key_t key, int num_sems, int sem_flags);
int sem_id = semget(( key_t ) 1234 , 1 , 0666 | IPC_CREAT);初始化
// semctl 系统调用
// sem_id 参数是由semget返回的信号量集标识符
// sen_num指定被操作的信号量在信号集中的编号
// command指定命令, 可以追加命令所需的参数, 不过有推荐格式
// 成功返回对应command的参数, 失败返回-1 errno
int semctl ( int sem_id, int sem_num, int command, ...);
// 第四个参数 竟然需要手动声明...
union semun
{
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
// 初始化信号量
union semun sem_union;
sem_union.val = 1 ;
// 这里可以直接第三个参数传入1(val)
if (semctl(sem_id, 0 , SETVAL, sem_union) == - 1 )
{
exit ( 0 );
}
// 删除信号量
union semun sem_union{};
if (semctl(sem_id, 0 , IPC_RMID, sem_union) == - 1 )
{
exit (EXIT_FAILURE);
}與semop信號量關聯的一些重要的內核變量
unsigned short semval; // 信号量的值
unsigned short semzcnt; // 等待信号量值变为0的进程数量
unsigned short semncnt // 等待信号量值增加的进程数量
pid_t sempid; // 最后一次执行semop操作的进程ID操作信號量, 實際上就是對上面的內核變數操作
// sem_id 是由semget调用返回的信号量集的标识符, 用以指定被操作的,目标信号量集.
// sem_ops 参数指向一个sembuf结构体类型的数组
// num_sem_ops 说明操作数组中哪个信号量
// 成功返回0, 失败返回-1 errno. 失败的时候sem_ops[] 中的所有操作不执行
int semop ( int sem_id, struct sembuf * sem_ops, size_t num_sem_ops);
// sem_op < 0 期望获得信号量
// semval-=abs(sem_op),要求调用进程对被操作信号量集有写权限
// 如果semval的值大于等于sem_op的绝对值, 则操作成功, 调用进程立即获得信号量
// 如果semval < abs(sem_op) 则在被指定IPC_NOWAIT的时候semop立即返回error, errno=EAGIN
// 如果没有指定 则 阻塞进程等待信号量可用, 且 semzcnt +=1, 等到下面三种情况唤醒
// 1 发生semval >= abs(sem_op), semzcnt-=1, semval-=abs(sem_op). 在SEM_UNDO设置时更新semadj
// 2 被操作的信号量所在的信号量集被进程移除, 此时semop调用失败返回, errno=EIDRM (同 sem_op = 0)
// 3 调用被系统中断, 此时semop调用失败返回, errno=EINTR, 同时将该信号量的semzcnt减1 (同 sem_op = 0)
bool P ( int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b. sem_num = 0 ; // 信号量编号 第几个信号量 一般都是第0个
sem_b. sem_op = - 1 ; // P
// IPC_NOWAIT 无论信号量操作是否成功, 都立即返回
// SEM_UNDO当进程退出的时候, 取消正在进行的semop操作 PV操作系统更新进程的semadj变量
sem_b. sem_flg = SEM_UNDO;
return semop (sem_id, &sem_b, 1 ) != - 1 ;
}
// sem_op > 0
// semval+=sem_op , 要求调用进程对被操作的信号量集有写权限
// 如果此时设置了SEM_UNDO标志, 则系统将更新进程的semadj变量(用以跟踪进程对信号量的修改情况)
bool V ( int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b. sem_num = 0 ;
sem_b. sem_op = 1 ; // V
sem_b. sem_flg = SEM_UNDO;
return semop (sem_id, &sem_b, 1 ) != - 1 ;
}
// -- sem_op = 0
// -- 标着这是一个`等待0`的操作, 要求调用进程对被操作信号量集有用读权限
// -- 如果此时信号量的值是0, 则调用立即返回, 否则semop失败返回, 或者阻塞进程以等待信号量变为0
// -- 此时如果IPC_NOWAIT 标志被设置, sem_op立即返回错误 errno=EAGAIN
// -- 如果未指定此标志, 则信号量的semzcnt的值增加1, 这时进程被投入睡眠直到下列三个条件之一发生
// -- 1 信号量的值samval变为0, 此时系统将该信号量的semzcnt减1
// -- 2 被操作的信号量所在的信号量集被进程移除, 此时semop调用失败返回, errno=EIDRM
// -- 3 调用被系统中断, 此时semop调用失败返回, errno=EINTR, 同时将该信号量的semzcnt减1
semget成功時回傳一個與之關聯的內核結構體semid_ds
struct semid_ds
{
struct ipc_perm sem_perm;
unsigned long int sem_nsems; // 被设置为num_sems
time_t sem_otime; // 被设置为0
time_t sem_ctime; // 被设置为当前的系统时间
}
// 用来描述权限
struct ipc_perm
{
uid_t uid; // 所有者的有效用户ID, 被semget设置为调用进程的有效用户ID
gid_t gid; // 所有者的有效组ID, 被semget设置为调用进程的有效用户ID
uid_t cuid; // 创建者的有效用户ID, 被semget设置为调用进程的有效用户ID
gid_t cgid; // 创建者的有效组ID, 被semget设置为调用进程的有效用户ID
mode_t mode; // 访问权限, 背着只为sem_flags参数的最低9位.
}最高效的IPC(進程間通訊)機制需要自己同步進程對其的存取, 否則會產生競態條件
// key
// 与semget相同 标识一段全局唯一的共享内存
// size 内存区域大小 单位字节
// shmflg
// IPC_CREAT 存不存在都创建新的共享内存
// IPC_CREAT | IPC_EXCL 不存在则创建 存在则报错
// SHM_HUGETLB 系统将使用"大页面"来为共享内存分配空间
// SHM_NORESERVE 不为共享内存保留swap空间, 如果物理内存不足
// -在执行写操作的时候将会触发`SIGSEGV`信号
// -成功返回唯一标识, 失败返回-1 errno
int shmget ( key_t key, size_t size, int shmflg) // shm_id
// shmget返回的唯一标识
// shm_addr
// 关联到进程的哪块地址空间, 其效果还受到shmflg的可选标识SHM_RND的影响
// 如果shm_addr = NULL, 则关联地址由操作系统决定, 代码可移植性强
// 如果 shm_addr 非空,且没有`SHM_RND`标志 则关联到指定的地址处
// 如果 shm_addr 非空, 但是设置了标志 *这里还没用到, 暂时不写*
// shmflg
// SHM_RDONLY 设置后内存内容变成只读, 不设置则为读写模式
// SHM_REMAP 如果地址shmaddr已经关联到一段内存上则重新关联
// SHM_EXEC 有执行权限
// 成功返回关联到的地址, 失败返回 (void*)-1 errno
void * shmat ( int shm_id, const void * shm_addr, int shmflg)
// 将共享内存关联到进程的地址空间 调用成功之后, 修改shmid_ds的部分内容
// -shm_nattach +1
// -更新 shm_lpid
// -shm_atime设置为当前时间 // 将共享内存从进程地址空间中分离
// 成功后
// -shm_nattach -1
// -更新 shm_lpid和shm_dtime设置为当前时间
// 成功返回0 失败返回-1 errno
int shmdt ( const void * shm_addr) int shm_ctl ( int shm_id, int command, struct shmid_ds * buf) shmget 同時會建立對應的shmid_ds結構體
struct shmid_ds
{
struct ipc_perm shm_per; // 权限相关
size_t shm_segsz; // 共享内存大小 单位字节 size
__time_t shm_atime; // 对这段内存最后一次调用semat的时间 0
__time_t shm_dtime; // 对这段内存最后一次调用semdt的时间 0
__time_t shm_ctime; // 对这段内存最后一次调用semctl的时间 当前时间
__pid_t shm_cpid; // 创建者PID
__pid_t lpid; // 最后一次执行shmat或shmdt的进程PID
shmatt_t shm_nattach // 关联到此共享内存空间的进程数量
}共享記憶體的POSIX方法
int shmfd = shm_open( " /shm_name " , O_CREAT | O_RDWR, 0666 );
ERROR_IF (shmfd == - 1 , " shm open " );
int ret = ftruncate(shmfd, BUFFER_SIZE);
ERROR_IF (ret == - 1 , " ftruncate " );
share_mem = ( char *)mmap( nullptr , BUFFER_SIZE,
PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmfd, 0 );
ERROR_IF (share_mem == MAP_FAILED, " share_mem " );
close (shmfd);
// 取消关联
munmap (( void *)share_mem, BUFFER_SIZE);管道可以在父,子進程間傳遞資料, 利用的是fork呼叫後兩個檔案描述子(fd[0]和fd[1])都保持開啟. 一對這樣的檔案描述子只能保證父,子進程間一個方向的資料傳輸, 父進程和子進程必須有一個關閉fd[0], 另一個關閉fd[1].
可以用兩個管道來實現雙向傳輸資料, 也可以用socketpair來創建管道
訊息佇列是兩個進程之間傳遞二進位區塊資料的簡單有效的方式. 每個資料區塊都有自己的類型, 接收方可以根據類型有選擇的接收資料
# include < sys/msg.h >
// 与semget 相同, 成功返回标识符
// msgflg的设置和作用域setget相同
int msgget ( key_t key, int msgflg); // msg_ptr参数指向一个准备发送的消息, 消息必须按如下定义
// msg_sz 指的是mtext的长度!!!
// msgflg通常仅支持IPC_NOWAIT 以非阻塞形式发送数据
int msgsnd ( int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);
默认如果消息队列已满, 则会阻塞. 如果设置了 IPC_NOTWAIT
就立即返回 设置errno=EAGIN
系统自带这个结构体 不过mtext长度是1 ...
struct msgbuf
{
long mtype; /* 消息类型 正整数*/
char mtext[ 512 ]; /* 消息数据*/
} // msgtype = 0 读取消息队列第一个消息
// msgtype > 0 读取消息队列第一个类型是msgtype的消息 除非标志了MSG_EXCEPT
// msgtype < 0 读取第一个 类型值 < abs(msgtype)的消息
// IPC_NOWAIT 如果消息队列没有消息, 则msgrcv立即返回并设置errno=ENOMSG
// MSG_EXCEPT 如果msgtype大于0, 则接收第一个非 msgtype 的数据
// MSG_NOERROR 消息部分长度超过msg_sz 则将它截断
int msgrcv ( int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);
处于阻塞状态 当消息队列被移除(errno=EIDRM)或者程序接受到信号(errno=EINTR) 都会中断阻塞状态 int msgctl ( int msqid, int command, struct msqid_ds *buf);
IPC_STAT 复制消息队列关联的数据结构
IPC_SET 将buf中的部分成员更新到目标的内核数据
IPC_RMID 立即移除消息队列, 唤醒所有等待读消息和写消息的进程
IPC_INFO 获取系统消息队列资源配置信息
MSG_INFO 返回已经分配的消息队列所占用资源信息
MSG_STAT msgqid不再是标识符, 而是内核消息队列的数组索引根據運行環境和調度者身份, 線程可以分為兩種內核線程運行在內核空間, 由內核來調度. 用戶線程運行在用空間, 由線程庫來調用
當核心線程獲得CPU的使用權的時候, 他就加載並運行一個用戶線程, 所以內核線程相當於用戶線程的容器.
線程有三種實作方式
# include < pthread.h >
int pthread_create ( pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void * (*start_routine)( void *), void* arg);
// 成功返回0 失败返回错误码
// thread 用来唯一的标识一个新线程
// attr用来设置新县城的属性 传递NULL表示默认线程属性
// start_routine 指定新线程运行的函数
// arg指定函数的参数 void pthread_exit ( void * retval);
用来保证线程安全干净的退出, 线程函数最好结束时调用.
通过`retval`参数向线程的回收者传递其退出信息
执行后不会返回到调用者, 而且永远不会失败
int pthread_join ( pthread_t thread, void ** retval)
可以调用这个函数来回收其他线程 不过线程必须是可回收的该函数会一直阻塞知道被回收的线程结束.
成功时返回0, 失败返回错误码
等待其他线程结束
thread 线程标识符
retval 目标线程的退出返回信息
错误码如下
`EDEADLK`引起死锁, 两个线程互相针对对方调用pthread_join 或者对自身调用
`EINVAL`目标线程是不可回收的, 或是其他线程在回收目标线程
`ESRCH`目标线程不存在
int pthread_cancel( pthread_t thread)
异常终止一个线程, 即为取消线程
成功返回0, 失败返回错误码線程屬性設定
接收到取消请求的目标线程可以决定是否允许被取消以及如何取消.
// 启动线程取消
int pthread_setcancelstart ( int state, int * oldstate)
第一个参数
PTHREAD_CANCEL_ENABLE 允许线程被取消, 默认状态
PTHREAD_CANCEL_DISABLE 不允许被取消, 如果这种线程接收到取消请求, 则会挂起请求直到
这个线程允许被取消
第二个参数 返回之前设定的状态
// 设置线程取消类型
int pthread_setcanceltype( int type, int * oldtype)
第一个参数
PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS 线程可以随时被取消
PTHREAD_CANCEL_DEFERRED 允许目标现成推迟行动, 直到调用了下面几个所谓的取消点函数
最好使用pthread_testcancel函数设置取消点
设置取消类型(如何取消)
第二个参数
原来的取消类型設定脫離線程
// 初始化线程属性对象
int pthread_attr_init ( pthread_attr_t *attr);
// 销毁线程属性对象, 直到再次初始化前都不能用
int pthread_attr_destory ( pthread_attr_t *attr)
// 参数取值
// -PTHREAD_CREATE_JOINABLE 线程可回收
// -PTHREAD_CREATE_DETACH 脱离与进程中其他线程的同步 成为脱离线程
int pthread_attr_getdetachstate( const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
int pthread_attr_setdetachstate ( pthread_attr_t *attr, int detachstate);
// 可以直接设置为脱离线程
int pthread_detach ( pthread_t thread)POSIX信號量-需要自行維護計數值, 用戶空間有計數值信號量自己又計數值兩份計數值容易出錯
互斥鎖-對臨界資源的獨佔式訪問
條件變數-等待某個條件滿足當某個共享資料達到某個值的時候, 喚醒等待這個共享資料的線程
讀寫鎖-可以多個行程讀, 讀的時候不能寫, 同時只能一個寫
自旋鎖-透過while循環頻繁嘗試取得鎖, 適用於鎖事件短, 需要快速切換的場景
多執行緒也必須考慮執行緒同步的問題. 雖然pthread_join()可以看做簡單的執行緒同步方式不過它無法高效的實現複雜的同步需求比如無法實現共享資源獨佔式存取, 或者在某種條件下喚醒指定的指定線程.
# include < semaphore >
// 用于初始化一个未命名的信号量.
// pshared==0 则表示是当前进程的局部信号量, 否则信号量可以在多个进程间共享
// value指定参数的初始值
int sem_init ( sem_t * sem, int pshared, unsigned int value)
// 销毁信号量, 释放其占用的系统资源
int sem_destory( sem_t * sem)
// 以原子操作的形式将信号量的值 -1, 如果信号量的值为0, 则sem_wait将被阻塞直到sem_wait具有非0值
int sem_wait( sem_t * sem)
// 跟上面的函数相同不过不会阻塞. 信号量不为0则减一操作, 为0则返回-1 errno
int sem_trywait( sem_t * sem)
// 原子操作将信号量的值 +1
int sem_post( sem_t * sem)初始化已經存在的信號量會導致無法預期的結果
銷毀正被其他線程等待的信號量, 將會導致無法預期的結果
例子如下
constexpr int kNumberMax = 10 ;
std::vector< int > number ( kNumberMax );
constexpr int kThreadNum = 10 ;
sem_t sems[ kThreadNum ];
pthread_t threads[ kThreadNum ];
constexpr int kPrintTime = 1 ;
void * t ( void *no)
{
int start_sub = * static_cast < int *>(no);
int sub =start_sub;
int time = 0 ;
while (++ time <= kPrintTime )
{
// 锁住本线程 释放下一个线程
sem_wait (&sems[start_sub]);
printf ( " %d n " , number[sub]);
sem_post (&sems[(start_sub + 1 ) % kThreadNum ]);
// 计算下一次要打印的下标
sub = (sub + kThreadNum ) % kNumberMax ;
}
pthread_exit ( nullptr );
}
int main ()
{
std::iota (number. begin (), number. end (), 0 );
sem_init (&sems[ 0 ], 0 , 1 );
for ( int i = 1 ; i < kThreadNum ; ++i)
{
sem_init (&sems[i], 0 , 0 );
}
for ( int i = 0 ; i < kThreadNum ; ++i)
{
pthread_create (&threads[i], nullptr , t, &number[i]);
}
// 等待最后一个线程结束
pthread_join (threads[ kThreadNum - 1 ], nullptr );
} kThreadNum個程序依序列印[0, kNumberMax)每個程序列印kPrintTime次最後一個程序列印完後主執行緒才能結束
// 初始化互斥锁
// 第一个参数指向目标互斥锁, 第二个参数指定属性 nullptr则为默认
int pthread_mutex_init ( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
// 销毁目标互斥锁
int pthread_mutex_destory ( pthread_mutex_t *mutex);
// 针对普通锁加锁
int pthread_mutex_lock ( pthread_mutex_t *mutex);
// 针对普通锁立即返回 目标未加锁则加锁 如果已经加锁则返回错误码EBUSY
int pthread_mutex_trylock ( pthread_mutex_t *mutex);
// 解锁 如果有其他线程在等待这个互斥锁, 则其中之一获得
int pthread_mutex_unlock ( pthread_mutex_t *mutex);銷毀一個已經加鎖的互斥鎖會發生不可預期的後果也可使使用巨集PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化一個互斥鎖pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
互斥鎖屬性設定
int pthread_mutexattr_init ( pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_destory ( pthread_mutexattr_t *attr);
// PTHREAD_PROCESS_SHARED 跨进程共享
// PTHREAD_PROCESS_PRIVATE 隶属同一进程的线程
int pthread_mutexattr_getpshared ( const pthread_mutexattr_t *attr, int *pshared);
int pthread_mutexattr_setpshared ( const pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
// PTHREAD_MUTEX_NORMAL 普通锁 默认类型
// PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 检错锁
// PTHREAD_MUTEX_RECURSVE 嵌套锁
// PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 默认锁
int pthread_mutexattr_gettype ( const pthread_mutexattr_t *attr, int *type);
int pthread_mutexattr_settype ( const pthread_mutexattr_t *attr, int type); PTHREAD_MUTEX_NORMAL 一個線程對其加鎖後, 其他請求該鎖的進程會形成一個等待隊列, 解鎖後然後按照優先級獲得. 保證資源分配公平A線程對一個已经加锁的普通鎖再次加锁(也是A线程) -同一線程在解鎖前再次加鎖引發死鎖對一個已經被其他线程加锁的普通鎖解锁, 或再次解锁已经解锁的普通鎖--解鎖-不可預期後果
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 線程對已经加锁的檢錯鎖再次加锁--加鎖-加鎖操作返回EDEADLK 對一個已經被其他线程加锁的檢錯鎖解锁, 或者再次解锁已经解锁的檢錯鎖--解鎖-返回EPERM
PTHREAD_MUTEX_RECURSVE 允許一個執行緒在釋放鎖前多次加鎖而不發生死鎖. 如果其他线程緒要取得這個鎖, 則当前锁拥有者必須執行對應次數的解鎖操作--加鎖對於已经被其他进程加鎖的嵌套鎖解鎖, 或對已经解锁的再次解鎖--解鎖-返回EPERM
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 這種鎖的實作可能為上面三種之一對已經加鎖的預設鎖再次加鎖對被其他執行緒加鎖的預設鎖解鎖再次解鎖已經解鎖的預設鎖都將會發生不可預料後果
例子
pthread_mutex_t mutex;
int count = 0 ;
void * t ( void *a)
{
pthread_mutex_lock (&mutex);
printf ( " %d n " , count);
count++;
pthread_mutex_unlock (&mutex);
}
int main ()
{
pthread_mutex_init (&mutex, nullptr );
pthread_t thread[ 10 ];
for ( int i = 0 ; i < 10 ; ++i)
{
pthread_create (&thread[i], nullptr , t, nullptr );
}
sleep ( 3 );
pthread_mutex_destroy (&mutex);
} int pthread_cond_init ( pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr *cond_attr);
// 销毁一个正在被等待的条件变量 将会失败并返回EBUSY
int pthread_cont_destory ( pthread_cond_t *cond);
// 广播式的唤醒所有等待目标条件变量的线程
int pthread_cont_broadcast ( pthread_cond_t *cond);
// 唤醒一个等待目标条件变量的线程
int pthread_cond_signal ( pthread_cond_t *cond);
// 等待目标条件变量
int pthread_cond_wait ( pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 將各個欄位初始化為0
pthread_cond_wait的第二個參數, 用於保護條件變數的互斥鎖掉用函數前必須將mutex加鎖, 否則會發生不可預料的後果. 函數執行前將呼叫線程放入條件變數等待隊列, 然後將mutex解鎖
從函數呼叫, 到被放入等待隊列的時間內, pthread_cond_signal(broadcast)不會修改條件變數的值也就是pthread_cond_wait函數不會錯過目標條件變數的任何變化, 將pthread_cond_wait函數傳回的時候, 互斥鎖mutex將會再次鎖上
例子
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
int good = 3 ;
int produce_count = 0 ;
int consume_count = 0 ;
void * Producer ( void *arg)
{
while (produce_count < 10 )
{
pthread_mutex_lock (&mutex);
good++;
pthread_mutex_unlock (&mutex);
produce_count++;
printf ( " produce a good n " );
// 通知一个线程
pthread_cond_signal (&cond);
sleep ( 2 );
}
pthread_exit ( nullptr );
}
void * Consumer ( void *arg)
{
while (consume_count < 13 )
{
// 传入前需要加锁
pthread_mutex_lock (&mutex);
if (good > 0 )
{
good--;
consume_count++;
printf ( " consume a good, reset %d n " , good);
}
else
{
printf ( " good is 0 n " );
// wait pthread_cond_signal
pthread_cond_wait (&cond, &mutex);
}
pthread_mutex_unlock (&mutex);
usleep ( 500 * 1000 );
}
pthread_exit ( nullptr );
}
int main ()
{
mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_t producer, consumer;
pthread_create (&consumer, nullptr , Consumer, nullptr );
pthread_create (&producer, nullptr , Producer, nullptr );
pthread_join (consumer, nullptr );
pthread_mutex_destroy (&mutex);
pthread_cond_destroy (&cond);
} class Sem
{
public:
Sem ()
{
if ( sem_init (&sem_, 0 , 0 ) != 0 )
{
throw std::exception ();
}
}
~Sem ()
{
sem_destroy (&sem_);
}
bool Wait ()
{
return sem_wait (&sem_) == 0 ;
}
bool Post ()
{
return sem_post (&sem_) == 0 ;
}
private:
sem_t sem_;
};
class Mutex
{
public:
Mutex ()
{
if ( pthread_mutex_init (&mutex_, nullptr ) != 0 )
{
throw std::exception ();
}
}
~Mutex ()
{
pthread_mutex_destroy (&mutex_);
}
bool Lock ()
{
return pthread_mutex_lock (&mutex_) == 0 ;
}
bool Unlock ()
{
return pthread_mutex_unlock (&mutex_) == 0 ;
}
private:
pthread_mutex_t mutex_;
};
class Cond
{
public:
Cond ()
{
if ( pthread_mutex_init (&mutex_, nullptr ) != 0 )
{
throw std::exception ();
}
if ( pthread_cond_init (&cond_, nullptr ) != 0 )
{
// 这里我一开始没有想到..
pthread_mutex_destroy (&mutex_);
throw std::exception ();
}
}
~Cond ()
{
pthread_mutex_destroy (&mutex_);
pthread_cond_destroy (&cond_);
};
bool Wait ()
{
int ret = 0 ;
pthread_mutex_lock (&mutex_);
ret = pthread_cond_wait (&cond_, &mutex_);
pthread_mutex_unlock (&mutex_);
return ret == 0 ;
}
bool Signal ()
{
return pthread_cond_signal (&cond_) == 0 ;
}
private:
pthread_cond_t cond_;
pthread_mutex_t mutex_;
};線程安全或可重入函數--函數能被多個線程同時呼叫而不發生競態條件
多執行緒程式某個執行緒呼叫fork函數, 新行程不會與父行程有相同數量的執行緒子程序只有一個執行緒-呼叫fork執行緒的完美複製
但是子程序會繼承父進程的互斥鎖(條件變數)的狀態, 如果互斥鎖被加鎖了, 但不是由調用fork線程鎖住的, 此時子进程再次對這個互斥鎖执行加锁操作將會死锁.
pthread_mutex_t mutex;
void * another ( void *arg)
{
printf ( " in child thread, lock the mutex n " );
pthread_mutex_lock (&mutex);
sleep ( 5 );
// 解锁后 Prepare才能加锁
pthread_mutex_unlock (&mutex);
pthread_exit ( nullptr );
}
// 这个函数在fork创建子进程前被调用
void Prepare ()
{
// 但是会阻塞 直到执行another函数的线程解锁 才能够继续执行
// 这个函数执行完毕前fork不会创建子进程
pthread_mutex_lock (&mutex);
}
// fork创建线程后 返回前 会在子进程和父进程中执行这个函数
void Infork ()
{
pthread_mutex_unlock (&mutex);
}
int main ()
{
pthread_mutex_init (&mutex, nullptr );
pthread_t id;
pthread_create (&id, nullptr , another, nullptr );
sleep ( 1 );
// pthread_atfork(Prepare, Infork, Infork);
int pid = fork ();
if (pid < 0 )
{
printf ( " emmm???? n " );
pthread_join (id, nullptr );
pthread_mutex_destroy (&mutex);
return 1 ;
}
else if (pid == 0 )
{
printf ( " child process, want to get the lock n " );
pthread_mutex_lock (&mutex);
printf ( " i cann't run to here, opps.... n " );
pthread_mutex_unlock (&mutex);
exit ( 0 );
}
else
{
printf ( " wait start n " );
wait ( nullptr );
printf ( " wait over n " ); // 没有打印 因为子进程不会终止
}
pthread_join (id, nullptr );
pthread_mutex_destroy (&mutex);
return 0 ;
}
// $ in child thread, lock the mutex
// $ wait start
// $ child process, want to get the lock
// $ in child thread, lock the mutex
// $ wait start
// $ child process, want to get the lock
// $ i cann't run to here, opps....
// $ wait over原版就會發生死鎖, 新版(去掉註解的程式碼) 能夠正常運作
int pthread_atfork ( void (*__prepare) ( void ),
void (*__parent) ( void ),
void (*__child) ( void ));第一個句柄在fork創建子進程前執行第二個句柄在fork創建出子進程後, fork返回前在父進程中執行第二個句柄在fork創建出子進程後, fork返回前在子進程中執行
對我而言神秘已久的線程池終於揭開了面紗. 沒想到這就是線程池23333
線程池寫完後直接寫了書上的HTTP伺服器.
那個伺服器至少我發現兩個問題
無法發送大文件, 是因為書中使用了writev發送數據期初我以為下面的判斷writev返回值等於-1就是為了發送大文件, 後來發現這個判斷只是給期初就發送失敗準備的.
剛好前一陣子看了一個伺服器的程式碼https://github.com/Jigokubana/Notes-flamingo
我就索性直接將發送部分修改了
// write_sum_ 需发送总大小
// write_idx_ 已发送大小
int temp = 0 ;
if (write_sum_ - write_idx_ == 0 )
{
Modfd (epollfd_, sockfd_, EPOLLIN);
Init ();
return true ;
}
while ( true )
{
temp = send (sockfd_, &*write_buff_. begin () + write_idx_, write_sum_ - write_idx_, 0 );
if (temp <= - 1 )
{
if (errno == EAGAIN)
{
Modfd (epollfd_, sockfd_, EPOLLOUT);
return true ;
}
}
write_idx_ += temp;
if (write_idx_ == write_sum_)
{
// 解除绑定移到了其他地方
if (linger_)
{
Init ();
Modfd (epollfd_, sockfd_, EPOLLIN);
return true ;
}
else
{
Modfd (epollfd_, sockfd_, EPOLLIN);
return false ;
}
}
}第二個奇葩的問題就是使用ab壓測時候有些請求無法收到回覆. 這個問題等後面在解決把, 等我知識更加豐富了再說
