linux 网络编程:使用两线程实现socket同时收发数据

工作中最近有使用到socket 向客户端同时发送和接收数据，因为是嵌入式linux设备，且要求只能同时一个客户端连接该端口。考虑到节省系统资源，只创建了两个线程分别实现服务端的收发数据。下面直接上代码，该代码为在PC机上程序，已作详细注释。

server.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<termios.h>
#include<sys/types.h>   
#include<sys/stat.h>    
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include<signal.h>

#define MAXLINE 256
#define PORT	6666
int listenfd;
int connfd;
pthread_t read_id, write_id;

/*
linux ctrl + C 会产生 SIGINT信号
接收到SIGINT 信号进入该函数
*/
void stop(int signo)
{
	printf("stop\n");
	close(connfd);	
	close(listenfd);
	 _exit(0);
}

/*
当客户端断开连接的时候，
在服务端socket send进程可以收到收到信号SIGPIPE，
收到SIGPIPE信号进入该函数结束创建的线程。
*/
void signal_pipe(int signo)
{
	pthread_kill(read_id,SIGQUIT);//向read线程发送SIGQUIT
	pthread_join(read_id,NULL);	  //阻塞线程运行，直到read 线程退出。
	
	close(connfd);                //关闭连接
	printf("read pthread out \n");
	
	pthread_exit(0);              //结束write 线程
}

/*
read 线程接收到SIGQUIT信号，
执行线程退出操作
*/
void pthread_out(int signo)
{
	pthread_exit(0);
}

/*
read 线程执行函数
*/
void* read_func(void* arg)
{
	char readbuff[MAXLINE];
	int n = 0;
	int fd;

	fd = *(int*)arg;    /*main 主进程传递过来的连接文件描述符*/
	memset(&readbuff,0,sizeof(readbuff));

	signal(SIGQUIT,pthread_out); /* 注册SIGQUIT 信号*/ 
	while(1)
	{
    	n = recv(fd, readbuff, MAXLINE, 0);  /*recv 在这里是阻塞运行*/
		if(n > 0)
		{
			printf("server recv data: %s \n",readbuff);
		}
	};
}
/*
write 线程执行函数
*/
void* write_func(void* arg)
{
	char writebuff[MAXLINE];
	char* write = "I am server";
	unsigned char i = 0;
	int num = 0;
	int fd;

	fd = *(int*)arg;
	memset(&writebuff,0,sizeof(writebuff));
	
	signal(SIGPIPE,signal_pipe); /* 注册 SIGPIPE信号 */
	while(1)
	{
		sleep(1);
		send(fd,write,strlen(write)+1,0);/*向客户端发送数据*/
	}
}

int main(int argc, char** argv)
{
	char buff[MAXLINE];
	int num;
	int addrlen;
	struct sockaddr_in server_addr;  /*服务器地址结构*/
	struct sockaddr_in client_addr;  /*客户端地址结构*/

	if((listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)/*建立一个流式套接字*/
	{
		printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
		exit(0);
	}
	
	/*设置服务端地址*/
	addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
	memset(&server_addr, 0, addrlen);
	server_addr.sin_family = AF_INET;    /*AF_INET表示 IPv4 Intern 协议*/
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*INADDR_ANY 可以监听任意IP */
	server_addr.sin_port = htons(PORT); /*设置端口*/
    
	/*绑定地址结构到套接字描述符*/
	if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1)
	{
		printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
		exit(0);
	}

	/*设置监听队列，这里设置为1，表示只能同时处理一个客户端的连接*/
	if( listen(listenfd, 1) == -1)
	{
		printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
		exit(0);
	}
	
	signal(SIGINT,stop); /*注册SIGINT 信号*/
	while(1)
	{	
		printf("wait client accpt \n");
		if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen)) == -1)/*接收客户端的连接，这里会阻塞，直到有客户端连接*/
		{
			printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);
			continue;
		}
	
		if(pthread_create(&read_id,NULL,read_func,&connfd))/*创建 read 线程*/
		{
			printf("pthread_create read_func err\n");
		}

		if(pthread_create(&write_id,NULL,write_func,&connfd))/*创建 write 线程*/
		{
			printf("pthread_create write_func err\n");
		}
		
		pthread_join(write_id,NULL); /*阻塞，直到write进程退出后才进行新的客户端连接*/
		printf("write pthread out \n");
	}
}

这里需要特别注意线程资源的回收，因为每次与客户端建立连接，服务端都会创建连个线程，因此我们需要在客户端断开连接时回收线程资源。在这里有两种方式来检测客户端是否已经断开连接。第一：上面server.c服务端使用的，当客户端断开连接时，send 所在的进程会收到一个SIGPIPE信号，服务端收到SIGPIPE信号就进行线程退出操作。第二：recv函数在对方断开连接它会返回参数0，根据该参数也可以知道客户端已经断开了连接。在下面你的client.c客户端测试程序使用的就是这种方式。

这里还有一个问题，signal(SIGPIPE,signal_pipe)函数的注册，我本来是把它放置在主线程main函数中，然后在signal_pipe 同时回收read 和 write线程，结果read进程可以正常回收，write线程却回收失败，具体原因也不清楚，求高人指点。于是我就是用SIGQUIT信号，在write线程收到SIGPIPE信号时，通知read线程退出，直到其退出再退出write线程。这样就实现了系统资源的回收。

client客户端测试程序：

#include<stdio.h>       
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<termios.h>
#include<sys/types.h>   
#include<sys/stat.h>    
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include<signal.h>

#define MAXLINE 256
#define PORT    6666
int fd;
/*
linux ctrl + C 会产生 SIGINT信号
接收到SIGINT 信号进入该函数
*/
void stop(int signo)
{
    printf("client stop\n");
	close(fd);  
	_exit(0);
}

/*客户端处理函数*/
void client_process(void)
{
	char readbuff[MAXLINE];
	char writebuff[MAXLINE];
	char * write = "I am client";
	int num = 0;
	
	while(1)
	{
		num = recv(fd,readbuff,MAXLINE,0);/*接收服务端的数据，recv在这里如果没有数据会阻塞*/
		if(num > 0)
		{
			printf("client read data : %s \n",readbuff);
			send(fd, write, strlen(write)+1, 0); /*接收到数据后再向服务端发送一个字符串*/
		}
		else if(num == 0)/*recv返回值为0 的时候表示服务端已经断开了连接*/
		{
			stop(1); /*执行退出操作*/
		}
	}
}

int main(int argc, char** argv)
{
	struct sockaddr_in server_addr;
	struct sockaddr_in client_addr;
	int ret;

	fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*建立流式套接字*/
	if(fd < 0)
	{
		printf("clinet socket err \n");
	}

	/*设置服务端地址*/
	memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
	server_addr.sin_family = AF_INET; 				/*AF_INET表示 IPv4 Intern 协议*/
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*INADDR_ANY 可以监听任意IP */
	server_addr.sin_port = htons(PORT);				/*设置端口*/

	inet_pton(AF_INET,argv[1],&server_addr.sin_addr);/*将用户输入的字符串类型的IP地址转为整型*/
	connect(fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));/*连接服务器*/
	
	signal(SIGINT,stop);	/*注册SIGINT信号*/
	client_process();		/*进入处理函数*/
	
	close(fd);/*关闭文件*/
	return 0;
}

在客户端是用recv 函数的返回值判断服务端是否断开连接而不是SIGPIPE信号，主要是在这程序中，我的实现是send函数在接收到服务端的数据才发送，所以如果在这里不会触发SIGPIPE信号。如果要实现客户端的独立收发，可以模仿服务端的实现方式，这里不再现实。

下面是测试执行情况：

root@ubuntu:/home/share/Socket# ./server 
wait client accpt 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
read pthread out 
write pthread out 
wait client accpt 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
read pthread out 
write pthread out 
wait client accpt



root@ubuntu:/home/share/Socket# ./client 127.0.0.1
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
^Cclient stop
root@ubuntu:/home/share/Socket# ./client 127.0.0.1
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
^Cclient stop
root@ubuntu:/home/share/Socket# 

执行服务端从程序等待客户连接，执行客户端程序与服务端建立连接，服务端每秒向客户端发送字符串：I am server，客户端接收到数据后向服务端发送字符串： I am client 。在client端按下ctrl + c 结束客户端程序，服务端检测到客户端断开连接后，关闭文件描述符，回收创建的read 和write 线程。

root@ubuntu:/home/share/Socket# ./server 
wait client accpt 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
server recv data: I am client 
^Cstop
root@ubuntu:/home/share/Socket# 

root@ubuntu:/home/share/Socket# ./client 127.0.0.1
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client read data : I am server 
client stop
root@ubuntu:/home/share/Socket#

在服务端按下ctlc + c 服务端检测到SIGINT信号，关闭文件描述符结束程序，整个进程全部退出。客户端检测到服务端断开连接后，执行退出操作。

这里实现的是只有一个客户端同时连接时的处理方式，如果要处理多客户端同时连接，使用这种方式好像并不合适，可以使用多进程的方式处理。