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为什么我的多线程 C 服务器在同时连接多个客户端时会崩溃?

Harish raj 2月前

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我正在使用 epoll、非阻塞套接字和自定义线程池用 C 语言构建一个多线程服务器。该服务器应该同时处理多个客户端连接。但是,当我运行...

我正在用 C 语言构建一个多线程服务器,使用 epoll、非阻塞套接字和自定义线程池。该服务器应该同时处理多个客户端连接。但是,当我同时运行两个客户端应用程序实例时,服务器崩溃了。

服务器代码(C)

这是我的服务器代码的关键部分,我在这里处理传入的连接并将工作委托给线程:

void esperar_peticion(int listenSock) {
    int clientSock, returnCode;
    struct epoll_event events[BACKLOG];

    while (1) {
        int cantFds = epoll_wait(epfd, events, BACKLOG, -1);
        if (cantFds < 0) quit("epoll_wait");

        for (int i = 0; i < cantFds; i++) {
            if (events[i].data.fd == listenSock) {
                clientSock = accept(listenSock, NULL, NULL);
                if (clientSock < 0)
                    quit("accept");
                else
                    printf("Connection established\n");

                struct epoll_event event;
                event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                event.data.fd = clientSock;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientSock, &event) < 0) quit("epoll_ctl");
            } else {
                int fd = events[i].data.fd;
                struct epoll_event event;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &event);

                int *fd_ptr = malloc(sizeof(int));
                if (fd_ptr == NULL) {
                    perror("malloc");
                    continue;
                }
                *fd_ptr = fd;

                pool_submit(&handle_client, fd_ptr);
            }
        }
    }
}

void handle_client(void *param) {
    int clientSock = *((int*) param);
    free(param);

    int cmd = 0;
    if (readn(clientSock, &cmd, 1) < 0) {
        close(clientSock);
        return;
    }

    switch(cmd){
        case PUT:
            handle_put(clientSock);
            break;
        case GET:
            handle_get(clientSock);
            break;
        case DEL:
            handle_del(clientSock);
            break;
        case STATS:
            handle_stats(clientSock);
            break;
        case MEMORY:
            rlim_t res = get_memory_limit();
            char res_str[32];
            snprintf(res_str, sizeof(res_str), "%lu", (unsigned long)res);
            send_var(clientSock, strlen(res_str), res_str);
            break;
        default:
            int res1 = EINVAL;
            writen(clientSock, &res1, 1);
            break;
    }

    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    event.data.fd = clientSock;

    pthread_mutex_lock(&lock);
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientSock, &event) < 0) {
        close(clientSock);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        quit("epoll_ctl");
    }
    pthread_mutex_unlock(&lock);
}

线程池实现

这是管理工作线程的线程池的实现:

typedef struct task_t {
    void (*function)(void* arg);
    void* data;
    struct task_t* next;
} task;

task* task_head = NULL;
task* task_tail = NULL;

pthread_mutex_t pool_mutex;
sem_t task_sem;

pthread_t* pool_array;
int NUMBER_OF_THREADS;

void pool_init(void) {
    NUMBER_OF_THREADS = (int) sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
    printf("Num hardware threads: %i\n", NUMBER_OF_THREADS);

    pool_array = malloc(NUMBER_OF_THREADS * sizeof(pthread_t));

    pthread_mutex_init(&pool_mutex, NULL);
    sem_init(&task_sem, 0, 0);

    for(int i=0; i < NUMBER_OF_THREADS; i++) {
        pthread_create(&pool_array[i], NULL, wait_for_tasks, NULL);
    }
}

int pool_submit(void (*funcion)(void* p), void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&pool_mutex);
    enqueue(funcion, arg);
    pthread_mutex_unlock(&pool_mutex);

    sem_post(&task_sem);
    return 0;
}

void* wait_for_tasks(void* param) {
    while(1) {
        sem_wait(&task_sem);

        pthread_mutex_lock(&pool_mutex);
        task* tarea = dequeue();
        pthread_mutex_unlock(&pool_mutex);

        if (tarea != NULL) {
            printf("Command being processed by thread %lu\n", (unsigned long)pthread_self());
            execute_task(tarea->function, tarea->data);
            free(tarea);
        }
    }
}

我的理论

  • 竞争条件:我怀疑可能存在竞争条件,其中两个线程尝试处理同一个套接字或错误地共享数据。
  • 任务丢失:任务可能在线程池中丢失,导致某些连接挂起或崩溃。

我尝试过的方法

  • 我确保每个客户端连接都由单独的线程处理。
  • 在关键部分周围添加了互斥锁,特别是在接受套接字的地方以及任务入队和出队的地方。
  • 该问题似乎专门发生在同时运行客户端测试应用程序的两个实例时。以下是 test.c 程序的代码,该程序在并发运行时会触发服务器崩溃:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

// Cantidad de operaciones PUT a ejecutarse
// del tipo PUT clavei valor i
#define MAX_ENTRIES 10000

void test() {
    int pipe_fd[2];
    if (pipe(pipe_fd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) { 
        close(pipe_fd[1]); 
        // hacemos que stdin lea el pipe
        // ya que client.out toma comandos desde stdin 
        dup2(pipe_fd[0], STDIN_FILENO); 
        close(pipe_fd[0]);

        // ejecutamos ./client.out
        execl("./client.out", "./client.out", NULL); 
        perror("execl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else { 
        close(pipe_fd[0]); 

        FILE *pipe_write = fdopen(pipe_fd[1], "w");
        if (!pipe_write) {
            perror("fdopen");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // Manda los comandos PUT
        for (int i = 0; i < MAX_ENTRIES; ++i) {
            fprintf(pipe_write, "PUT key%d value%d\n", i, i);
            fflush(pipe_write);
        }

        fclose(pipe_write); 

        int status;
        waitpid(pid, &status, 0); // 
        if (WIFEXITED(status)) {
            if (WEXITSTATUS(status) != 0) {
                fprintf(stderr, "client.out fallo con %d\n", WEXITSTATUS(status));
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        } else {
            fprintf(stderr, "client.out no termino como debe\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
}

int main() {
    printf("Ejecutando operaciones PUT para llenar la cache..\n");
    test();
    printf("Se realizaron las operaciones PUT.\n");
    return 0;
}
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