C 套接字编程中使用链表的线程安全

Question

我正在使用线程和 TCP 在 C 中实现 P2P 文件传输。我有一个跟踪器，它跟踪所有连接到它的对等点。当对等方首次连接时，它将其文件从其当前目录发送到跟踪器，跟踪器将所有对等方的文件放入共享链表中。每个对等点在跟踪器中都有自己的线程，当对等点退出时，跟踪器关闭该对等点的连接并从链表中删除该对等点的所有文件。我关心的是在添加和删除节点时锁定链表。我希望能够安全地从各种线程更改链表。我已经从我的链表中将我的代码写到 add/delete 并且还搜索（不确定我在搜索时是否需要使用锁定）我如何修改我的代码以确保线程之间的链接安全？

Answer 1

最简单的解决方案是在对列表进行任何访问之前锁定一个 pthread_mutex_t，并在完成后解锁。在列表变量旁边声明它：

struct fileNode *head, *tail;
int numNodes = 0;
pthread_mutex_t list_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

例如。添加节点时：

pthread_mutex_lock(&list_lock);
if (numNodes == 0) {
    head = newNode;
    tail = newNode;
    tail->next = NULL;
    numNodes++;
}
else {
    tail->next = newNode;
    tail = newNode;
    tail->next = NULL;
    numNodes++;
}
pthread_mutex_unlock(&list_lock);

或者遍历列表时：

//check if peer is in the file list
pthread_mutex_lock(&list_lock);
ptr = head;
while(ptr != NULL) {
    // if peer is found
    if((strcmp(ptr->ip, temp_ip) == 0) && ptr->port == temp_port){
        cmd = htonl(200); //set cmd to 1
        break;
    }
    ptr = ptr->next;
}
pthread_mutex_unlock(&list_lock);

由于您的列表很少被访问，因此应该没问题。如果您运行遇到由争用此锁引起的可伸缩性问题，您可以转向更复杂的锁定方案。

Answer 2

请考虑使用互斥来保护数据或其他资源免受并发访问。

在 POSIX 线程的上下文中，pthread_mutex_t 类型（来自 sys/types.h, The Open Group Base Specifications Issue 7, IEEE Std 1003.1, 2013 Edition）用于互斥量。

pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock() 函数 (The Open Group Base Specifications Issue 7, IEEE Std 1003.1, 2013 Edition) 可用于保护链表类型的实例免受两个操作的并发访问：

读取操作：当枚举列表（即读取next指针）并使用（reading/writing）存储在节点中的数据时；
写操作：改变节点：next指针和存储在节点中的数据。

此外，相同的互斥锁可用于保护对 head [链表] 指针的访问。

示例：

// ...

pthread_mutex_t list_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// ...

void *peer_handler(void *p)
{
    // ...

    pthread_mutex_lock(&list_mutex);
    if (numNodes == 0) {
        head = newNode;
        tail = newNode;
        tail->next = NULL;
        numNodes++;
    }
    else {
        tail->next = newNode;
        tail = newNode;
        tail->next = NULL;
        numNodes++;
    }
    pthread_mutex_unlock(&list_mutex);

    // ...

    pthread_mutex_lock(&list_mutex);
    struct fileNode *ptr = head;
    while (ptr != NULL) {
        if ((strcmp(ptr->ip, temp_ip) == 0) && ptr->port == temp_port) {
            cmd = htonl(200);
            break;
        }
        ptr = ptr->next;
    }
    pthread_mutex_unlock(&list_mutex);

    // ...
}

void sendList(int newsockfd)
{
    // ...
    pthread_mutex_lock(&list_mutex);
    struct fileNode *ptr;
    ptr = head;
    while (ptr != NULL) {
        // ...

        ptr = ptr->next;

        // ...
    }
    pthread_mutex_unlock(&list_mutex);
}

void removeFiles(uint32_t port, char *client_ip)
{
    pthread_mutex_lock(&list_mutex);

    // ...

    pthread_mutex_unlock(&list_mutex);
}

void print()
{
    // ...
    pthread_mutex_lock(&list_mutex);
    struct fileNode *ptr;
    ptr = head;
    while (ptr != NULL) {
        // ...

        ptr = ptr->next;

        // ...
    }
    pthread_mutex_unlock(&list_mutex);
}

值得注意的是，减少锁争用 — 并发应用程序性能调优的重要组成部分。

Socket相关问题

send() 和 recv() 函数不保证 所有指定的字节数 将是 sent/received 一次函数调用。

应使用适当的循环来发送或接收所需（预期）的字节数。更多详情请参考文章：TCP/IP client-server application: exchange with string messages.

此外，请注意此类结构：

n = recv(newsockfd, buffer, sizeof(buffer), 0); 
// ...
buffer[n] = '[=11=]';

要接收的预期字节数（或在本例中为字符数）应为 sizeof(buffer) - 1。否则，数据丢失：最后一个字符被终止空字符覆盖。

C 套接字编程中使用链表的线程安全

Thread safety with a linked list in C Socket Programming

sockets

multithreading

pthreads

linked-list

thread-safety

Socket相关问题