嵌入式是Linux（第三天）——线程与进程和网络通讯

2023-12-08 10:50
文章标签 linux 线程 第三天 进程 嵌入式 网络通讯

本文主要是介绍嵌入式是Linux（第三天）——线程与进程和网络通讯，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

线程与进程

线程与进程的概念和区别

进程简单来说就是一个正在运行的程序。包括其运行代码和运行代码所用的资源，一个CPU可以存在多个进程但是同一时间只允许一个进程工作。但CPU切换速度很快，给我们感觉像是所有进程同时运行。

线程是操作系统最小度量单位。线程和进程最大的区别就是共不共享数据，同时线程是进程的一部分，也就是进程可以由多个线程构成。进程好比火车，线程好比车厢。不同火车之间的信息当然不共享，所以用起来比较麻烦，比如说打个电话。而线程好比同一列火车上的不同车厢，走过去打个招呼就能就交流。

使用多线程还是多进程？…Emmm其实我也不知道…曾经我想处理一个图片，但是如果只用一个程序跑的话太慢了，只用一个CPU核，所以我分别尝试了多线程和多进程…结果我的多进程是好用的…所有CPU核全部跑满看着很得劲（当然可能是因为操作系统是WIN的，WIN本身更偏向于多进程，而UNIX类的更多偏向多进程）

创建线程与进程

创建进程
创建进程使用的是fork函数，工作原理如下：
在这里插入图片描述
从上图可以看出，进程是完完整整的把父进程的所有都复制给了子进程，包括数据段空间，代码段空间和堆栈空间等。

fork函数会返回一个值，如果这个值是0的话，就是子进程，是其他的话就是父进程。其他值是子进程的进程号。
下面做个小测试：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1){printf("Error");return 0;}else if (pid == 0){printf("Child");}else{printf("Parent %d\n",pid);}return 0;
}

在这里插入图片描述
结果如下…Child其实emmmm是输出结果但是吧，我猜父进程结束，子进程结束。命令行只管父进程？当然不是了…是因为父进程先于子进程结束所以会导致这样的状况，所以emmm就有了等待进程结束的命令waitpid。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{pid_t pid,pid_wait;int status;pid = fork();if (pid == -1){printf("Error");return 0;}else if (pid == 0){printf("Child\n");printf("?");}else{printf("Parent %d\n",pid);pid_wait = waitpid(pid,&status,0);printf("Child process %d returned!\n",pid_wait);}printf("What happened?: %d",pid);return 0;
}

在这里插入图片描述
这就是先进入父进程然后输出了Parent 57616父进程卡住，等待子进程然后子进程结束输出what happened(pid=0判断子进程)然后父进程的What happen。破案了

进程之间的通讯
进程之间的通讯是个很麻烦的事情，有两种方式，一种是管道，一种是共享内存。管道这种方式其实蛮简单的感觉像UART半双工通讯，两个进程之间只能单独写或单独读。
在这里插入图片描述

例子如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main()
{int fd[2];pid_t pid;char buf[64] = "I'm parent!\n";char line[64];if (pipe(fd)!=0){fprintf(stderr,"Fauk to create pipe!\n");return 0;}pid=fork();if (pid<0){fprintf(stderr,"Fail to create");return 0;}else if (0==pid){close(fd[0]);//shutdown readwrite(fd[1],buf,strlen(buf));close(fd[1]);//shutdown write}else{close(fd[1]);read(fd[0],line,64);printf("Date from parents:%s",line);close(fd[0]);}	return 0;
}

第二种就是共享内存，共享内存就是在内存中开辟一段空间供不同进程访问。
在这里插入图片描述
写共享内存：
shmget()函数用来创建共享内存，第一个参数是一个特殊标识，只要不重复就可，但一般由ftok()函数生成，第二个参数是大小字节数，第三个是内存操作方式
shmat()是获得一个共享内存ID对应的起始地址。第二个参数是指定共享内存地址，0是首地址，第三个参数一般写0，让代表需要让系统决定共享内存地址
shmdt()分离一块共享内存，估摸着就是释放掉。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int shmid;							 // 定义共享内存idchar *ptr;char *shm_str = "string in a share memory";shmid = shmget(0x90, 1024, SHM_W|SHM_R|IPC_CREAT|IPC_EXCL); // 创建共享内存if (-1==shmid)perror("create share memory");ptr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);			// 通过共享内存id获得共享内存地址if ((void*)-1==ptr)perror("get share memory");strcpy(ptr, shm_str);					// 把字符串写入共享内存shmdt(ptr);return 0;
}

读共享内存：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int shmid;							 // 定义共享内存idchar *ptr;char *shm_str = "string in a share memory";shmid = shmget(0x90, 1024, SHM_W|SHM_R|IPC_CREAT|IPC_EXCL); // 创建共享内存if (-1==shmid)perror("create share memory");ptr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);			// 通过共享内存id获得共享内存地址if ((void*)-1==ptr)perror("get share memory");strcpy(ptr, shm_str);					// 把字符串写入共享内存shmdt(ptr);return 0;
}

如果再次运行写程序就会报错
在这里插入图片描述
原因是当前共享地址Key用过，毕竟我们写的是0x90是固定的，使用ipcs可以看到在这里插入图片描述
其中的1024是我们创建的，可以用ipcrm -m 4751372释放掉 （4751372是shmid）

创建线程
我们先看个例子然后从例子中学习：

#include <pthread.h>                                               
#include <stdio.h>                                                 
#include <stdlib.h>                                                
#include <unistd.h> void* thread_func(void *arg)							// 线程函数              
{                                                                  int *val = arg;                                                  printf("Hi, I'm a thread!\n");                                   if (NULL!=arg)									// 如果参数不为空，打印参数内容  printf("argument set: %d\n", *val);                            
}                                                                  int main()                                                         
{                                                                  pthread_t tid;									// 线程ID                        int t_arg = 100;								// 给线程传入的参数值            if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &t_arg))	// 创建线程perror("Fail to create thread");                               sleep(1);										// 睡眠1秒，等待线程执行             printf("Main thread!\n");                                        return 0;                                                        
}

可以看到pthread_create函数有4个参数，第一个是线程ID最后会回写的，第二个是用来设置线程属性的，没有就NULL，第三个就是函数指针，指定线程函数，第四个就是指定函数的传入参数。如果创建成功就会返回0，不成功返回错误号。
PS：如果直接gcc -o 编译的话会报错，因为pthread.h不是标准库中的函数，所以要加上参数 -lphread进行编译
在这里插入图片描述
取消线程，看例子就能理解：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h> void* thread_func(void *arg)								// 线程函数
{int *val = arg;printf("Hi, I'm a thread!\n");if (NULL!=arg) {									// 如果参数不为空，打印参数内容while(1)printf("argument set: %d\n", *val);}
}int main()
{pthread_t tid;										// 线程IDint t_arg = 100;									// 给线程传入的参数值if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &t_arg))		// 创建线程perror("Fail to create thread");sleep(1);											// 睡眠1秒，等待线程执行printf("Main thread!\n");pthread_cancel(tid);									// 取消线程return 0;
}

输出结果：

在这里插入图片描述
…最前面一个Hi，I’m thread!然后无数个argumen…然后结束

网络通讯

基础就是大学生计算机基础课程里应该有学过这个图：
在这里插入图片描述
我们主要先看TCP/IP协议也就是传输层和网络互联层的。
IP协议负责数据包的传输管理，实现两个基本功能：寻址和分段
寻址：就是IP协议根据数据报头中的地址传送数据报文。而IP协议根据目的地址选择报文在网络中的传输路径的过程叫做路由。（大家是不是知道…路由器为啥叫路由器了…）
分段：就是为了适应在不同网络中传输TCP/IP协议产生的分段机制…
IPV4协议图
TCP协议是传输层协议，TCP是一个面向连接可靠传输的协议，TCP协议层会对数据包进行排列并错误检测，如果缺少数据包就会重传丢失数据包。（感觉UDP就是TCP的不稳定不安全版本）

Socket通讯

之前废话一堆…其实Socket通讯我觉得最重要，毕竟…怎么实现才最重要么…
面向连接的Socket通信
这是面向连接的Socket通信框图
在这里插入图片描述
我们实现的时候就根据这个框图走。
总结如下：
服务器端工作流程图：

  1. 使用Socket函数创建socket
  2. 通过bind函数把创建的socket句柄绑定到指定TCP端口
  3. 调用listen函数使socket处于监听状态，并设置监听队列大小
  4. 当客户机发送连接请求后，调用accept()函数接收客户端请求，与客户端建立连接
  5. 与客户端发送或接收数据
  6. 通讯完成后，用close关闭socket函数

客户端工作流程

  1. 使用socket函数创建socket
  2. 调用connect函数向服务器socket发起连接
  3. 连接建立后，进行数据读写
  4. 传输完毕后，使用close关闭socket

依旧从程序看操作，演示本机和本机通讯的例子：
服务器：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>#define EHCO_PORT 8080
#define MAX_CLIENT_NUM 10int main()
{int sock_fd;struct sockaddr_in serv_addr;int clientfd;struct sockaddr_in clientAdd;char buff[101];socklen_t len;int closing =0;int n;/* 创建socket */sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sock_fd==-1) {perror("create socket error!");return 0;} else {printf("Success to create socket %d\n", sock_fd);}/* 设置server地址结构 */bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));				// 初始化结构占用的内存serv_addr.sin_family = AF_INET;					// 设置地址传输层类型serv_addr.sin_port = htons(EHCO_PORT);			// 设置监听端口serv_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);		// 设置服务器地址bzero(&(serv_addr.sin_zero), 8);/* 把地址和套接字绑定 */if(bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))!= 0) {printf("bind address fail! %d\n", errno);close(sock_fd);return 0;} else {printf("Success to bind address!\n");}/* 设置套接字监听 */if(listen(sock_fd ,MAX_CLIENT_NUM) != 0) {perror("listen socket error!\n");close(sock_fd);return 0;} else {printf("Success to listen\n");}/* 创建新连接对应的套接字 */len = sizeof(clientAdd);clientfd = accept(sock_fd, (struct sockaddr*)&clientAdd, &len);if (clientfd<=0) {perror("accept() error!\n");close(sock_fd);return 0;}/* 接收用户发来的数据 */while((n = recv(clientfd,buff, 100,0 )) > 0) {buff[n] = '\0'; // 给字符串加入结束符printf("number of receive bytes = %d data = %s\n", n, buff);		// 打印字符串长度和内容fflush(stdout);send(clientfd, buff, n, 0);			// 发送字符串内容给客户端if(strncmp(buff, "quit", 4) == 0)		// 判断是否是退出命令break;}close(clientfd);						// 关闭新建的连接close(sock_fd);					// 关闭服务端监听的socketreturn 0;
}

客户端：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>#define EHCO_PORT 8080
#define MAX_COMMAND 5int main()
{int sock_fd;struct sockaddr_in serv_addr;char *buff[MAX_COMMAND] = {"abc", "def", "test", "hello", "quit"};char tmp_buf[100];socklen_t len;int n, i;/* 创建socket */sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sock_fd==-1) {perror("create socket error!");return 0;} else {printf("Success to create socket %d\n", sock_fd);}/* 设置server地址结构 */bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));				// 初始化结构占用的内存serv_addr.sin_family = AF_INET;					// 设置地址传输层类型serv_addr.sin_port = htons(EHCO_PORT);			// 设置监听端口serv_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);		// 设置服务器地址bzero(&(serv_addr.sin_zero), 8);/* 连接到服务端 */if (-1==connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) {perror("connect() error!\n");close(sock_fd);return 0;}printf("Success connect to server!\n");/* 发送并接收缓冲的数据 */for (i=0;i<MAX_COMMAND;i++) {send(sock_fd, buff[i], 100, 0);						// 发送数据给服务端n = recv(sock_fd, tmp_buf, 100, 0);					// 从服务端接收数据tmp_buf[n] = '\0';  // 给字符串添加结束标志printf("data send: %s receive: %s\n", buff[i], tmp_buf);		// 打印字符串if (0==strncmp(tmp_buf, "quit", 4))					// 判断是否是退出命令break;}close(sock_fd);									// 关闭套接字return 0;
}

其中AF_INET代表IPv4协议，地址的INADDR_ANY是本机地址也就是0.0.0.0
结果分析：运行服务器程序
在这里插入图片描述
会发现它阻塞在listen,等待客户端发送建立连接请求
然后运行客户端
在这里插入图片描述
接收发来的字符串，遇到quit就关闭连接。
无连接的Socket通讯
实现框图如下：
在这里插入图片描述
最大差别就是没有listen、accpet和connect这些连接环节。其次就是发送和接收函数的改变。
服务器代码：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>#define TIME_PORT 9090
#define DATA_SIZE 256int main()
{int sock_fd;struct sockaddr_in local;struct sockaddr_in from;int fromlen, n;char buff[DATA_SIZE];time_t cur_time;sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);		// 建立套接字if (sock_fd<=0) {perror("create socket error!");return 0;}perror("Create socket");/* 设置要绑定的IP和端口 */local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(TIME_PORT);// 监听端口local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//本机/* 绑定本机到套接字 */if (0!=bind(sock_fd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))) {perror("bind socket error!");close(sock_fd);return 0;}printf("Bind socket");fromlen =sizeof(from);printf("waiting request from client...\n");while (1){n = recvfrom(sock_fd, buff, sizeof(buff), 0, (struct sockaddr*)&from, &fromlen);	// 接收数据if (n<=0) {perror("recv data!\n");close(sock_fd);return 0;}buff[n]='\0';									// 设置字符串结束符printf("client request: %s\n", buff);					// 打印接收到的字符串if (0==strncmp(buff, "quit", 4))					// 判断是否退出break;if (0==strncmp(buff, "time", 4)) {					// 判断是否请求时间cur_time = time(NULL);strcpy(buff, asctime(gmtime(&cur_time)));			// 生成当前时间字符串sendto(sock_fd, buff,sizeof(buff), 0,(struct sockaddr*)&from,fromlen);	// 发送时间给客户端}}close(sock_fd);								// 关闭套接字return 0;
}

运行服务器，卡在while等待数据
在这里插入图片描述
运行客户端

在这里插入图片描述
Socket超时处理
getsockopt()和setsockopt()
在这里插入图片描述
使用Select处理多连接
因为当recv()函数是阻塞的，导致等待一个客户端返回数据的时候造成整个进程阻塞，而无法接受其他客户端的数据。所以Socket库提供两个函数select()和poll()来解决这个问题。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
从书上截图…等用的时候再说…这些标志太多了没有用的话太难懂了。

这篇关于嵌入式是Linux（第三天）——线程与进程和网络通讯的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/469580。

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