Книга: UNIX: разработка сетевых приложений

30.12. Сервер с предварительным порождением потоков: основной поток вызывает функцию accept

30.12. Сервер с предварительным порождением потоков: основной поток вызывает функцию accept

Последняя рассматриваемая нами версия сервера устроена следующим образом: главный поток создает пул потоков при запуске сервера, после чего он же вызывает функцию accept и передает каждое клиентское соединение какому-либо из свободных на данный момент потоков. Это аналогично передаче дескриптора в версии, рассмотренной нами в разделе 30.9.

При таком устройстве сервера необходимо решить, каким именно образом должна осуществляться передача присоединенного дескриптора одному из потоков в пуле. Существует несколько способов решения этой задачи. Можно, как и прежде, использовать передачу дескриптора, но при этом не требуется передавать дескриптор от одного потокам к другому, так как все они, в том числе и главный поток, принадлежат одному и тому же процессу. Все, что требуется знать потоку, получающему дескриптор, — это номер дескриптора. В листинге 30.24 показан заголовочный файл pthread08.h, определяющий структуру Thread, аналогичный файлу, показанному в листинге 30.21.

Листинг 30.24. Заголовочный файл pthread08.h

//server/pthread08.h
 1 typedef struct {
 2  pthread_t thread_tid; /* идентификатор потока */
 3  long thread_count; /* количество обработанных запросов */
 4 } Thread;
 5 Thread *tptr; /* массив структур Thread */
 6 #define MAXNCLI 32
 7 int clifd[MAXNCLI], iget, iput;
 8 pthread_mutex_t clifd_mutex;
 9 pthread_cond_t clifd_cond;

6-9 Мы определяем массив clifd, в который главный поток записывает дескрипторы присоединенных сокетов. Свободные потоки из пула получают по одному дескриптору из этого массива и обрабатывают соответствующий запрос, iput — это индекс в данном массиве для очередного элемента, записываемого в него главным потоком, a iget — это индекс очередного элемента массива, передаваемого свободному потоку для обработки. Разумеется, эта структура данных, совместно используемая всеми потоками, должна быть защищена, и поэтому мы используем условную переменную и взаимное исключение.

В листинге 30.25 показана функция main.

Листинг 30.25. Функция main для сервера с предварительным порождением потоков

//server/serv08.c
 1 #include "unpthread.h"
 2 #include "pthread08.h"
 3 static int nthreads;
 4 pthread_mutex_t clifd_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 5 pthread_cond_t clifd_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
 6 int
 7 main(int argc, char **argv)
 8 {
 9  int i, listenfd, connfd;
10  void sig_int(int), thread_make(int);
11  socklen_t addrlen, clilen;
12  struct sockaddr *cliaddr;
13  if (argc == 3)
14   listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);
15  else if (argc == 4)
16   listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);
17  else
18   err_quit("usage: serv08 [ <host> ] <port#> <#threads>");
19  cliaddr = Malloc(addrlen);
20  nthreads = atoi(argv[argc - 1]);
21  tptr = Calloc(nthreads, sizeof(Thread));
22  iget = iput = 0;
23  /* создание всех потоков */
24  for (i = 0; i < nthreads; i++)
25   thread_make(i); /* завершается только основной поток */
26  Signal(SIGINT, sig_int);
27  for (;;) {
28   clilen = addrlen;
29   connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &clilen);
30   Pthread_mutex_lock(&clifd_mutex);
31   clifd[iput] = connfd;
32   if (++iput == MAXNCLI)
33    iput = 0;
34   if (iput == iget)
35    err_quit("iput = iget = %d", iput);
36   Pthread_cond_signal(&clifd_cond);
37   Pthread_mutex_unlock(&clifd_mutex);
38  }
39 }

23-25 Функция thread_make создает все потоки.

27-38 Основной поток блокируется в вызове функции accept, ожидая появления нового соединения. При появлении этого соединения дескриптор присоединенного сокета записывается в следующий элемент массива clifd после блокирования взаимного исключения. Мы также следим, чтобы индекс iget не совпал со значением индекса iput, что укажет на недостаточно большой размер массива. Условная переменная сигнализирует о прибытии нового запроса, и взаимное исключение разблокируется, позволяя одному из потоков пула обслужить прибывший запрос.

Функции thread_make и thread_main показаны в листинге 30.26. Первая из них идентична функции, приведенной в листинге 30.23.

Листинг 30.26. Функции thread_make и thread_main

//server/pthread08.c
 1 #include "unpthread.h"
 2 #include "pthread08.h"
 3 void
 4 thread_make(int i)
 5 {
 6  void *thread_main(void*);
 7  Pthread_create(&tptr[i].thread_tid, NULL, &thread_main, (void*)i);
 8  return; /* завершается основной поток */
 9 }
10 void*
11 thread_main(void *arg)
12 {
13  int connfd;
14  void web_child(int);
15  printf("thread %d startingn", (int)arg);
16  for (;;) {
17   Pthread_mutex_lock(&clifd_mutex);
18   while (iget == iput)
19    Pthread_cond_wait(&clifd_cond, &clifd_mutex);
20   connfd = clifd[iget]; /* присоединенный сокет, который требуется
                              обслужить */
21   if (++iget == MAXNCLI)
22    iget = 0;
23   Pthread_mutex_unlock(&clifd_mutex);
24   tptr[(int)arg].thread_count++;
25   web_child(connfd); /* обработка запроса */
26   Close(connfd);
27  }
28 }

17-26 Каждый поток из пула пытается блокировать взаимное исключение, блокирующее доступ к массиву clifd. Если после того, как взаимное исключение заблокировано, оказывается, что индексы iput и iget равны, то вызывается функция pthread_cond_wait, и поток переходит в состояние ожидания, так как ему пока нечего делать. После прибытия очередного клиентского запроса основной поток вызывает функцию pthread_cond_signal, выводя тем самым из состояния ожидания поток, заблокировавший взаимное исключение. Когда этот поток получает соединение, он вызывает функцию web_child.

Значения времени центрального процессора, приведенные в табл. 30.1, показывают, что эта версия сервера медленнее рассмотренной в предыдущем разделе (когда каждый поток из пула сам вызывал функцию accept). Причина заключается в том, что рассматриваемая в данном разделе версия использует как взаимное исключение, так и условную переменную, тогда как в предыдущем случае (см. листинг 30.23) применялось только взаимное исключение.

Если мы рассмотрим гистограмму количества клиентов, обслуживаемых каждым потоком из пула, то окажется, что распределение клиентских запросов по потокам будет таким же, как показано в последнем столбце табл. 30.2. Это означает, что если основной поток вызывает функцию pthread_cond_signal, то при выборе очередного потока, который будет выведен из состояния ожидания для обслуживания клиентского запроса, осуществляется последовательный перебор всех имеющихся свободных потоков.

Оглавление книги