C 带有连接文件描述符的pthread争用条件

我正在为学校作业实现一个简单的多线程web服务器，在每个连接使用连接文件描述符时遇到了一些同步问题。我最初的问题是，一个线程有时会关闭文件描述符（conn_fd），因为另一个线程也在使用文件描述符。当另一个线程尝试发送（）或recv（）时，这将导致错误的文件描述符错误

我的解决方法是存储每个文件描述符（最多1000个）（我知道是任意数量且容易出错）当前是否处于打开状态。如果accept（）返回的文件描述符已打开，则我的program调用fcntl（conn_fd，F_DUPFD，0）；创建重复的文件描述符，以便一个线程不会无意中关闭另一个线程需要使用的连接。我的程序似乎比我开始跟踪打开的文件描述符之前运行得更好，但我仍然存在一些无法解决的同步问题。每个线程的开始路由中的conn_fd，process_connection_request（）似乎都被阻塞了

我曾尝试在对我的服务器进行围攻时使用Helgrind来隔离问题。不幸的是，我的代码在Helgrind下运行时从未崩溃。它确实表明conn_fd存在潜在的争用情况，但我认为在main（）和process_connection_request（）中包装围绕它的互斥锁可以解决这个问题。我以前从未开发过任何多线程或套接字程序，我怀疑我缺少了一些简单的东西。对于如何在发送和接收时解决文件描述符不好的问题，我们非常感谢您的任何见解和建议

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_PORT 50040
#define MAX_LISTEN_BACKLOG 1024
#define MAX_FILENAME_LENGTH 255
#define REQUEST_BUFF_SIZE 8192
#define THREAD_POOL_SIZE 16

// function prototypes
int int_len(int i);
void *process_connection_request(void *conn_fd);
void sig_handler(int sig);

pthread_t thread;
pthread_attr_t thread_attr;
pthread_mutex_t conn_fd_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t stats_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int sock_fd;
int conn_fds_open[1000];

int main(void)
{
    struct sockaddr_in server_addr;
    struct sockaddr_in client_addr;
    int conn_fd;
    int client_len = sizeof(client_addr);

    if((sock_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        perror("socket() Failed");
        exit(EXIT_FAILURE);     
    }

    // set socket options so that we can reuse the socket
    const int sock_opt_val = 1;
    const socklen_t sock_opt_len = sizeof(sock_opt_val);
    setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *) &sock_opt_val, sock_opt_len);

    memset(&conn_fds_open, 0, 1000 * sizeof(int));
    memset(&server_addr.sin_zero, 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if(bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
    {
        perror("bind() Failed");
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);         
    }

    if(listen(sock_fd, MAX_LISTEN_BACKLOG) < 0)
    {
        perror("listen() Failed");
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);     
    }

    if(pthread_attr_init(&thread_attr) != 0)
    {
        perror("pthread_attr_init Failed");
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);         
    }

    if(pthread_attr_setdetachstate(&thread_attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED) != 0)
    {
        perror("pthread_attr_setdetachstate Failed");
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);     
    }

    signal(SIGINT, sig_handler);
    printf("sock_fd %d\n", sock_fd);

    while(1)
    {
        if((conn_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len)) < 0)
        {
            perror("accept() Failed");
            close(sock_fd);
            exit(EXIT_FAILURE);     
        }

        pthread_mutex_lock(&conn_fd_mutex);
        if(conn_fds_open[conn_fd] == 1)
        {
            conn_fd = fcntl(conn_fd, F_DUPFD, 0);
        }

        conn_fds_open[conn_fd] = 1;
        printf("main fd: %d\n", conn_fd);
        pthread_mutex_unlock(&conn_fd_mutex);
        pthread_create(&thread, &thread_attr, process_connection_request, (void *)&conn_fd);
    }
}

int int_len(int i)
{
    return (i == 0) ? 1 : floor(log10(abs(i))) + 1;
}

void *process_connection_request(void *conn_fd_ptr)
{
    FILE *requested_file = NULL;
    FILE *stats_file = NULL;
    char *request_buff;
    char *response_buff;
    char *file_buff;
    char *stats_buff;
    char *filename_start;
    char *filename_stop;
    char requested_filename[MAX_FILENAME_LENGTH];
    int conn_fd = *(int *)conn_fd_ptr;
    int requested_file_size;
    int response_buff_size;
    int stats_buff_size;
    int amt_sent = 0;
    int response_code;
    time_t now;
    char time_buff[30];
    time(&now);
    strftime(time_buff, 30, "%a, %d %b %Y %X GMT", gmtime(&now));

    printf("thread fd: %d\n", conn_fd);

    if((request_buff = calloc(REQUEST_BUFF_SIZE, sizeof(char))) == NULL)
    {
        perror("Calloc Failed");
        close(conn_fd);
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);     
    }

    if(recv(conn_fd, (void *)request_buff, REQUEST_BUFF_SIZE, 0) < 0)
    {
        perror("recv() Failed");
        close(conn_fd);
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE); 
    }

    // extract the filename from the request header
    filename_start = &request_buff[5];
    filename_stop = strstr(request_buff, " HTTP");

    if((strncmp(request_buff, "GET /", 5) != 0) || (filename_stop == NULL))
    {
        perror("Invalid Request");
        close(conn_fd);
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);         
    }

    strncpy(requested_filename, &request_buff[5], filename_stop - filename_start);
    free(request_buff);
    requested_filename[filename_stop - filename_start] = '\0';

    if((requested_file = fopen(requested_filename, "r")) != NULL)
    {
        response_code = 200;
        fseek(requested_file, 0, SEEK_END);
        requested_file_size = ftell(requested_file);
        fseek(requested_file, 0, SEEK_SET);
        file_buff = calloc(requested_file_size + 1, sizeof(char));
        response_buff = calloc((83 + strlen(time_buff) + int_len(requested_file_size) + requested_file_size), sizeof(char));

        if(file_buff == NULL || response_buff == NULL)
        {
            perror("Calloc Failed");
            close(conn_fd);
            close(sock_fd);
            exit(EXIT_FAILURE);             
        }

        fread(file_buff, 1, requested_file_size, requested_file);
        response_buff_size = sprintf(response_buff, "HTTP/1.1 200 OK\nDATE: %s\nContent-Length: %d\nConnection: close\nContent-Type: text/html\n\n%s", time_buff, requested_file_size, file_buff);
        free(file_buff);
        fclose(requested_file);     
    }
    else
    {
        response_code = 404;
        response_buff = malloc(25 * sizeof(char));
        strcpy(response_buff, "HTTP/1.1 404 Not Found\n\n");
        response_buff_size = 25;
    }

    while(amt_sent < response_buff_size)
    {
        int ret = send(conn_fd, response_buff + amt_sent, response_buff_size - amt_sent, 0);
        if (ret < 0)
        {
            perror("send() Failed.");
            close(conn_fd);
            close(sock_fd);
            exit(EXIT_FAILURE); 
        }
        amt_sent += ret;        
    }

    free(response_buff);
    pthread_mutex_lock(&conn_fd_mutex);
    conn_fds_open[conn_fd] = 0;
    close(conn_fd);
    pthread_mutex_unlock(&conn_fd_mutex);

    // yield to any other connection threads before writing to the stats file
    pthread_yield();    

    pthread_mutex_lock(&stats_mutex);
    if((stats_file = fopen("stats.txt", "a")) != NULL)
    {
        if((stats_buff = malloc((strlen(time_buff) + 51 + strlen(requested_filename)) * sizeof(char))) != NULL)
        {
            stats_buff_size = sprintf(stats_buff, "Date - %s | Response Code - %d | Requested File - %s\n", time_buff, response_code, requested_filename);
            fwrite(stats_buff, stats_buff_size, 1, stats_file);
            free(stats_buff);
        }

        fclose(stats_file);
    }
    pthread_mutex_unlock(&stats_mutex);
}

void sig_handler(int sig)
{
    close(sock_fd);
    exit(0);
}

#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#定义服务器\u端口50040
#定义MAX\u LISTEN\u BACKLOG 1024
#定义最大文件名长度255
#定义请求\u BUFF\u大小8192
#定义线程池大小16
//功能原型
int_len（int i）；
无效*处理连接请求（无效*连接fd）；
无效信号处理器（int sig）；
pthread\u t线程；
pthread_attr_t thread_attr；
pthread\u mutex\u t conn\u fd\u mutex=pthread\u mutex\u初始值设定项；
pthread\u mutex\u t stats\u mutex=pthread\u mutex\u初始值设定项；
国际袜子协会；
国际连接开放[1000]；
内部主（空）
{
服务器地址中的结构sockaddr\u；
客户端地址中的结构sockaddr\u；
国际连接部；
int client_len=sizeof（client_addr）；
if（（sock\u fd=socket（PF\u INET，sock\u STREAM，0））<0）
{
perror（“套接字（）失败”）；
退出（退出失败）；
}
//设置套接字选项，以便我们可以重用套接字
常数int sock_opt_val=1；
常数socklen\u t sock\u opt\u len=sizeof（sock\u opt\u val）；
setsockopt（sock_fd、SOL_SOCKET、SO_REUSEADDR、（void*）和sock_opt val、sock_opt len）；
memset（&conn_fds_open，0，1000*sizeof（int））；
memset（&server_addr.sin_zero，0，sizeof（server_addr.sin_zero））；
服务器地址sin家庭=AF网络；
server\u addr.sin\u port=htons（server\u port）；
server\u addr.sin\u addr.s\u addr=INADDR\u ANY；
if（bind（sock\u fd，（struct sockaddr*）和server\u addr，sizeof（server\u addr））<0
{
perror（“绑定（）失败”）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
if（监听（sock\u fd，MAX\u监听\u BACKLOG）<0）
{
perror（“listen（）失败”）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
if（pthread\u attr\u init（&thread\u attr）！=0）
{
perror（“pthread_attr_init失败”）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
if（pthread\u attr\u setdetachstate（&thread\u attr，pthread\u CREATE\u detachd）！=0）
{
perror（“pthread_attr_setdetachstate失败”）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
信号（SIGINT、sig_处理器）；
printf（“sock\u fd%d\n”，sock\u fd）；
而(1)
{
如果（（conn_fd=accept（sock_fd，（struct sockaddr*）和client_addr，&client_len））<0）
{
perror（“接受（）失败”）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
pthread_mutex_lock（&conn_fd_mutex）；
如果（连接fds打开[连接fd]==1）
{
conn_fd=fcntl（conn_fd，F_DUPFD，0）；
}
连接fds打开[连接fd]=1；
printf（“主fd:%d\n”，连接fd）；
pthread_mutex_unlock（&conn_fd_mutex）；
pthread_创建（&thread，&thread_attr，process_connection_request，（void*）&conn_fd）；
}
}
内部（内部i）
{
返回（i==0）？1：楼层（log10（abs（i））+1；
}
无效*处理连接请求（无效*连接fd ptr）
{
文件*请求的文件=NULL；
FILE*stats\u FILE=NULL；
字符*请求_buff；
char*响应_buff；
char*file_buff；
字符*stats\u buff；
char*filename\u start；
char*filename\u stop；
字符请求的文件名[最大文件名长度]；
int conn_fd=*（int*）conn_fd_ptr；
int请求的文件大小；
int响应_buff_大小；
int stats_buff_size；
发送的整数金额=0；
int-response_码；
现在是时候了；
字符时间_buff[30]；
时间（现在）；
strftime（time_buff，30，“%a，%d%b%Y%X格林威治标准时间”，gmtime（&now））；
printf（“线程fd:%d\n”，连接fd）；
if（（request\u buff=calloc（request\u buff\u SIZE，sizeof（char）））==NULL）
{
perror（“Calloc失败”）；
关闭（连接fd）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
如果（recv（连接fd，（无效*）请求缓冲，请求缓冲大小，0）<0）
{
perror（“recv（）失败”）；
关闭（连接fd）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；
}
//从请求头中提取文件名
文件名\u start=&请求\u buff[5]；
filename_stop=strstrstr（请求_buff，“HTTP”）；
if（（strncmp（request_buff，“GET/”，5）！=0）| |（filename_stop==NULL））
{
perror（“无效请求”）；
关闭（连接fd）；
关闭（sock_fd）；
退出（退出失败）；