システムプログラム（第8回）: Pthreadによる複数のクライアントに対するサービスの同時提供

                                       筑波大学 システム情報系 情報工学域
                                       新城 靖
                                       <yas@cs.tsukuba.ac.jp>

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Ptheadとは

Pthread とは、Ｃ言語から使えるスレッド・ライブラリである。オペレーティングシステムＩＩの資料に簡単な説明がある。

echo-server-pthread.c

fork版では、クライアントから接続要求を受け付けるたびに、新しいプロセスを作っていた。以下の echo-server-pthread.cでは、プロセスではなくスレッドを作っている。

   1:	
   2:	/*
   3:	  echo-server-pthread.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(pthread版)
   4:	  ~yas/syspro/ipc/echo-server-pthread.c
   5:	  Created on 2002/02/04 21:17:04
   6:	*/
   7:	#include <stdio.h>
   8:	#include <stdlib.h>     /* exit() */
   9:	#include <sys/types.h>  /* socket(), time() */
  10:	#include <sys/socket.h> /* socket() */
  11:	#include <netinet/in.h> /* struct sockaddr_in */
  12:	#include <pthread.h>    /* pthread_create */
  13:	#include <netdb.h>      /* getnameinfo() */
  14:	#include <string.h>     /* strlen() */
  15:	#include <unistd.h>     /* getpid(), gethostname() */
  16:	
  17:	struct echo_server_thread_arg;
  18:	
  19:	extern  void echo_server( int portno, int ip_version );
  20:	extern  void *echo_server_thread( struct echo_server_thread_arg *arg );
  21:	
  22:	extern  void echo_receive_request_and_send_reply( int com );
  23:	extern  int  echo_receive_request( char *line, size_t size, FILE *in );
  24:	extern  void echo_send_reply( char *line, FILE *out );
  25:	extern  void print_my_host_port( int portno );
  26:	extern  void tcp_peeraddr_print( int com );
  27:	extern  void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len );
  28:	extern  int  tcp_acc_port( int portno, int pf );
  29:	extern  int  fdopen_sock( int sock, FILE **inp, FILE **outp );
  30:	
  31:	int
  32:	main( int argc, char *argv[] )
  33:	{
  34:	        int portno, ip_version;
  35:	
  36:	        if( !(argc == 2 || argc==3) ) {
  37:	                fprintf(stderr,"Usage: %s portno {ipversion}\n",argv[0] );
  38:	                exit( 1 );
  39:	        }
  40:	        portno = strtol( argv[1],0,10 );
  41:	        if( argc == 3 )
  42:	                ip_version = strtol( argv[2],0,10 );
  43:	        else
  44:	                ip_version = 4; /* IPv4 by default */
  45:	        echo_server( portno, ip_version );
  46:	}
  47:

main() は、 forkなし版や fork版とほとんど同じである。

  48:	struct echo_server_thread_arg {
  49:	        int com;
  50:	};
  51:	
  52:	void
  53:	echo_server( int portno, int ip_version )
  54:	{
  55:	        int acc,com ;
  56:	        pthread_t worker ;
  57:	        struct echo_server_thread_arg *arg;
  58:	
  59:	        acc = tcp_acc_port( portno, ip_version );
  60:	        if( acc<0 )
  61:	                exit( 1 );
  62:	        print_my_host_port( portno );
  63:	        while( 1 )
  64:	        {
  65:	                printf("[%d] accepting incoming connections (acc==%d) ...\n",
  66:	                       getpid(),acc );
  67:	                if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
  68:	                {
  69:	                        perror("accept");
  70:	                        exit( -1 );
  71:	                }
  72:	                tcp_peeraddr_print( com );
  73:	                arg = malloc( sizeof(struct echo_server_thread_arg) );
  74:	                if( arg == NULL )
  75:	                {
  76:	                        perror("malloc()");
  77:	                        exit( -1 );
  78:	                }
  79:	                arg->com = com;
  80:	                if( pthread_create( &worker, NULL, (void *)echo_server_thread, (void *)arg)
  81:	                    != 0 )
  82:	                {
  83:	                        perror("pthread_create()");
  84:	                        exit( 1 );
  85:	                }
  86:	                pthread_detach( worker );
  87:	        }
  88:	}
  89:

このプログラムの特徴を以下にまとめる。

fork() の代りに pthread_create() をしている。fork()版よりすっきりしている。
wait しない代りに pthread_detach() している。fork版では必要だった delete_zombie() が不要である。

  90:	void *
  91:	echo_server_thread( struct echo_server_thread_arg *arg )
  92:	{
  93:	        echo_receive_request_and_send_reply( arg->com );
  94:	        free( arg );
  95:	        return( NULL );
  96:	}
  97:

echo_server_thread() は、スレッドが生成された時に最初に呼ばれる関数である。引数の構造体から com を取り出し、 echo_receive_request_and_send_reply() を呼んでいる。それからリターンした後には、引数の構造体を free している。

他の関数は、fork版、forkなし版とと同じである。

 $ diff -c echo-server-fork-fdopen.c echo-server-pthread.c
 *** echo-server-fork-fdopen.c   2018-07-30 11:25:38.000000000 +0900 --- echo-server-pthread.c       2018-07-30 12:19:33.000000000 +0900 ***************
 *** 1,22 ****

   /*
 !   echo-server-fork-fdopen.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(fork版)
 !   ~yas/syspro/ipc/echo-server-fork-fdopen.c
 !   Created on 2004/05/09 19:57:07
   */
   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>   /* exit() */
 ! #include <sys/types.h>        /* socket(), wait4() */
   #include <sys/socket.h>       /* socket() */
   #include <netinet/in.h>       /* struct sockaddr_in */
 ! #include <sys/resource.h> /* wait4() */
 ! #include <sys/wait.h> /* wait4() */
   #include <netdb.h>    /* getnameinfo() */
   #include <string.h>   /* strlen() */
   #include <unistd.h>   /* getpid(), gethostname() */

   extern        void echo_server( int portno, int ip_version );
 ! extern        void delete_zombie();
   extern        void echo_receive_request_and_send_reply( int com );
   extern  int  echo_receive_request( char *line, size_t size, FILE *in );
   extern        void echo_send_reply( char *line, FILE *out );
 --- 1,24 ----

   /*
 !   echo-server-pthread.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(pthread版)
 !   ~yas/syspro/ipc/echo-server-pthread.c
 !   Created on 2002/02/04 21:17:04
   */
   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>   /* exit() */
 ! #include <sys/types.h>        /* socket(), time() */
   #include <sys/socket.h>       /* socket() */
   #include <netinet/in.h>       /* struct sockaddr_in */
 ! #include <pthread.h>  /* pthread_create */
   #include <netdb.h>    /* getnameinfo() */
   #include <string.h>   /* strlen() */
   #include <unistd.h>   /* getpid(), gethostname() */

 + struct echo_server_thread_arg;
 +
   extern        void echo_server( int portno, int ip_version );
 ! extern        void *echo_server_thread( struct echo_server_thread_arg *arg );
 !
   extern        void echo_receive_request_and_send_reply( int com );
   extern  int  echo_receive_request( char *line, size_t size, FILE *in );
   extern        void echo_send_reply( char *line, FILE *out );
 ***************
 *** 43,53 ****
	 echo_server( portno, ip_version );
   }

   void
   echo_server( int portno, int ip_version )
   {
	 int acc,com ;
 !       pid_t child_pid ;

	 acc = tcp_acc_port( portno, ip_version );
	 if( acc<0 )
 --- 45,60 ----
	 echo_server( portno, ip_version );
   }

 + struct echo_server_thread_arg {
 +       int com;
 + };
 +
   void
   echo_server( int portno, int ip_version )
   {
	 int acc,com ;
 !       pthread_t worker ;
 !       struct echo_server_thread_arg *arg;

	 acc = tcp_acc_port( portno, ip_version );
	 if( acc<0 )
 ***************
 *** 55,61 ****
	 print_my_host_port( portno );
	 while( 1 )
	 {
 -               delete_zombie();
		 printf("[%d] accepting incoming connections (acc==%d) ...\n",
			getpid(),acc );
		 if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
 --- 62,67 ----
 ***************
 *** 64,97 ****
			 exit( -1 );
		 }
		 tcp_peeraddr_print( com );
 !               if( (child_pid=fork()) > 0 ) /* parent */
		 {
 !                       close( com );
		 }
 !               else if( child_pid == 0 ) /* child */
		 {
 !                       close( acc );
 !                       echo_receive_request_and_send_reply( com );
 !                       exit( 0 );
		 }
 !               else
 !               {
 !                       perror("fork");
 !                       exit( -1 );
 !               }
	 }
   }

 ! void
 ! delete_zombie()
   {
 !       pid_t pid ;
 !
 !       while( (pid=wait4(-1,0,WNOHANG,0)) >0 )
 !       {
 !               printf("[%d] zombi %d deleted.\n",getpid(),pid );
 !               continue;
 !       }
   }

   #define       BUFFERSIZE      1024
 --- 70,98 ----
			 exit( -1 );
		 }
		 tcp_peeraddr_print( com );
 !               arg = malloc( sizeof(struct echo_server_thread_arg) );
 !               if( arg == NULL )
		 {
 !                       perror("malloc()");
 !                       exit( -1 );
		 }
 !               arg->com = com;
 !               if( pthread_create( &worker, NULL, (void *)echo_server_thread, (void *)arg)
 !                   != 0 )
		 {
 !                       perror("pthread_create()");
 !                       exit( 1 );
		 }
 !               pthread_detach( worker );
	 }
   }

 ! void *
 ! echo_server_thread( struct echo_server_thread_arg *arg )
   {
 !       echo_receive_request_and_send_reply( arg->com );
 !       free( arg );
 !       return( NULL );
   }

   #define       BUFFERSIZE      1024
 $

実行例。

サーバ側。サーバは、終了しないので、最後に、^C を押して、割り込みを掛けて終了させる。

注意：全員がポート番号 1231 を使うとプログラムが動かないことがある。

$ cp ~yas/syspro/ipc/echo-server-pthread.c . 
$ make echo-server-pthread 
cc     echo-server-pthread.c   -o echo-server-pthread
$ ./echo-server-pthread 
Usage: ./echo-server-pthread portno {ipversion}
$ ./echo-server-pthread 1231 
run telnet crocus39.coins.tsukuba.ac.jp 1231
[612] accepting incoming connections (acc==3) ...
[612] connection (fd==4) from 130.158.86.247:50567
[612] accepting incoming connections (acc==3) ...
[612] received (fd==4) 5 bytes, [012
]
[612] connection (fd==6) from 130.158.86.248:50482
[612] accepting incoming connections (acc==3) ...
[612] received (fd==6) 5 bytes, [abc
]
[612] received (fd==6) 5 bytes, [def
]
[612] received (fd==4) 5 bytes, [345
]
[612] connection (fd==4) closed.
[612] connection (fd==6) closed.
^C
$

クライアント側（その１）。

$ telnet crocus39.coins.tsukuba.ac.jp 1231 
Trying 130.158.86.249...
Connected to crocus39.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
012
012
345
345
^]
telnet> ^D
Connection closed.
$

クライアント側（その２）。

$ telnet crocus39.coins.tsukuba.ac.jp 1231 
Trying 130.158.86.249...
Connected to crocus39.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
^]
telnet> ^D
Connection closed.
$

Last updated: 2018/06/03 19:17:10

Yasushi Shinjo / <yas@cs.tsukuba.ac.jp>