В этой главе вы познакомитесь с еще одним способом взаимодействия процессов, существенно отличающимся от тех, которые мы обсуждали в главах 13 и 14. До настоящего момента все рассматриваемые нами средства основывались на совместно используемых ресурсах одного компьютера. Ресурсы могли быть разными: областью файловой системы, сегментами совместно используемой памяти или очередями сообщений, но использовать их могли только процессы, выполняющиеся на одной машине.

В версию ОС Berkeley UNIX было включено новое средство коммуникации — интерфейс сокетов, — являющееся расширением концепции канала, обсуждавшейся в главе 13. В системах Linux также есть интерфейсы сокетов.

Вы можете применять сокеты во многом так же, как каналы, но они поддерживают взаимодействие в пределах компьютерной сети. Процесс на одной машине может использовать сокеты для взаимосвязи с процессом на другом компьютере, что делает возможным существование клиент-серверных систем, распределенных в сети. Процессы, выполняющиеся на одной машине, также могут применять сокеты.

Кроме того, интерфейс сокетов стал доступен в ОС Windows благодаря общедоступной спецификации Windows Sockets или WinSock. Сервисы сокетов в ОС Windows предоставляются системным файлом Winsock.dll. Стало быть, программы под управлением Windows могут взаимодействовать по сети с компьютерами под управлением Linux и UNIX и наоборот, реализуя, таким образом, клиент-серверные системы. Несмотря на то, что программный интерфейс для WinSock не совпадает полностью с интерфейсом сокетов в UNIX, в основе его лежат те же сокеты.

В одной-единственной главе мы не сможем дать исчерпывающее описание всех многообразных сетевых возможностей Linux, поэтому вы найдете здесь лишь основные программные сетевые интерфейсы, которые позволят вам писать собственные программы, работающие в сети.

Более подробно мы рассмотрим следующие темы:

□ как действует соединение с помощью сокетов;

□ атрибуты сокетов, адреса и обмен информацией;

□ сетевая информация и интернет-демон (inetd/xinetd);

□ клиенты и серверы.

Сокет — это средство связи, позволяющее разрабатывать клиент-серверные системы для локального, на одной машине, или сетевого использования. Функции ОС Linux, такие как вывод, подключение к базам данных и обслуживание Web-страниц, равно как и сетевые утилиты, например

rlogin

ftp

Сокеты создаются и используются не так, как каналы, потому что они подчеркивают явное отличие между клиентом и сервером. Механизм сокетов позволяет создавать множество клиентов, присоединенных к единственному серверу.

Соединения на базе сокетов можно рассматривать как телефонные звонки в учреждение. Телефонный звонок поступает в организацию, и на него отвечает секретарь приемной, направляющий вызов в соответствующий отдел (серверный процесс) и оттуда к нужному сотруднику (сокет сервера). Каждый входящий телефонный звонок (клиент) направляется к соответствующей конечной точке, и промежуточные операторы могут заниматься последующими телефонными звонками. Прежде чем рассматривать установку соединений с помощью сокетов в системах Linux, нужно понять, как они ведут себя в приложениях сокетов, поддерживающих соединения.

Сначала серверное приложение создает сокет, который как файловый дескриптор представляет собой ресурс, присваиваемый единственному серверному процессу. Сервер создает его с помощью системного вызова

socket

Далее сервер присваивает сокету имя. Локальные сокеты с заданными именами файлов в файловой системе Linux часто размещаются в каталоге /tmp или /usr/tmp. У сетевых сокетов имя файла будет идентификатором сервиса (номер порта/точка доступа), относящегося к конкретной сети, к которой могут подключаться клиенты. Этот идентификатор, задавая определенный номер порта, соответствующий корректному серверному процессу, позволяет Linux направлять входящие подключения по определенному маршруту. Например, Web-сервер обычно создает сокет для порта 80, идентификатор, зарезервированный для этой цели. Web-обозреватели знают о необходимости применять порт 80 для своих HTTP-подключений к Web- сайтам, которые пользователь хочет читать. Именуется сокет с помощью системного вызова

bind

listen

accept

Когда сервер вызывает

accept

Клиентская сторона системы с применением сокетов гораздо проще. Клиент создает неименованный сокет с помощью вызова

socket

connect

Будучи установлены, сокеты могут применяться как низкоуровневые файловые дескрипторы, обеспечивая двунаправленный обмен данными.

Выполните упражнения 15.1 и 15.2.

Далее приведен пример очень простой клиентской программы client1.с. В ней неименованный сокет создается и затем подключается к сокету сервера, названному

server_socket

socket

1. Включите нужные заголовочные файлы и задайте переменные:

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/un.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int sockfd;

 int len;

 struct sockaddr_un address;

 int result;

 char ch = 'A';

2. Создайте сокет для клиента:

 sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

3. Назовите сокет по согласованию с сервером:

 address.sun_family = AF_UNIX;

 strcpy(address.sun_path, "server_socket");

 len = sizeof(address);

4. Соедините ваш сокет с сокетом сервера:

 result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);

 if (result == -1) {

  perror("oops : client1");

  exit(1);

 }

5. Теперь вы можете читать и писать через

sockfd

 write(sockfd, &ch, 1);

 read(sockfd, &ch, 1);

 printf("char from server = %c\n", ch);

 close(sockfd);

 exit(0);

}

Эта программа завершится аварийно, если вы попытаетесь выполнить ее, потому что еще не создан именованный сокет сервера, (Точное сообщение об ошибке может отличаться в разных системах.)

$ ./client1

oops: client1: No such file or directory

$

Далее приведена программа простого сервера server1.с, которая принимает запрос на соединение от клиента. Она создает сокет сервера, присваивает ему имя, создает очередь ожидания и принимает запросы на соединения.

1. Включите необходимые заголовочные файлы и задайте переменные:

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/un.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int server_sockfd, client_sockfd;

 int server_len, client_len;

 struct sockaddr_un server_address;

 struct sockaddr_un client_address;

2. Удалите все старые сокеты и создайте неименованный сокет для сервера:

 unlink("server_socket");

 server_sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

3. Присвойте имя сокету:

 server_address.sun_family = AF_UNIX;

 strcpy(server_address.sun_path, "server_socket");

 server_len = sizeof(server_address);

 bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

4. Создайте очередь запросов на соединение и ждите запроса клиента:

 listen(server_sockfd, 5);

 while(1) {

  char ch;

  printf("server waiting\n");

5. Примите запрос на соединение:

  client_len = sizeof(client_address);

  client_sockfd = accept(server_sockfd,

   (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);

6. Читайте и записывайте данные клиента с помощью

client_sockfd

  read(client_sockfd, &ch, 1);

  ch++;

  write(client_sockfd, &ch, 1);

  close(client_sockfd);

 }

}

Как это работает

В этом примере серверная программа в каждый момент времени может обслуживать только одного клиента. Она просто читает символ, поступивший от клиента, увеличивает его и записывает обратно. В более сложных системах, где сервер должен выполнять больше работы по поручению клиента, такой подход будет неприемлемым, потому что другие клиенты не смогут подключиться до тех пор, пока сервер не завершит работу. Позже вы увидите пару методов, позволяющих подключаться многочисленным клиентам.

Когда вы выполняете серверную программу, она создает сокет и ждет запросов на соединение. Если вы запустите ее в фоновом режиме, т.е. она будет выполняться независимо, вы сможете затем запускать клиентов как высокоприоритетные задачи.

$ ./server1 &

[1] 1094

$ server waiting

Ожидая запросы на соединения, сервер выводит сообщение. В приведенном примере сервер ждет запрос с сокета файловой системы, и вы сможете увидеть его с помощью обычной команды

ls

Хорошо взять за правило удалять сокет после окончания работы с ним, даже в случае аварийного завершения программы из-за получения сигнала. Это убережет файловую систему от загромождения неиспользуемыми файлами.

$ ls -lF server socket

srwxr-xr-x 1 neil users 0 2007-06-23 11:41 server_socket=

Здесь тип устройства — сокет, на что указывает символ

s

=

umask

ps

STAT

s

$ ps lх

F  UID   PID  PPID PRI NI  VSZ RSS WCHAN  STAT TTY   TIME COMMAND

0 1000 23385 10689  17  0 1424 312 361800 S    pts/1 0:00 ./server1

Теперь, когда вы запустите программу, то успешно подключитесь к серверу. Поскольку сокет сервера существует, вы можете соединиться с ним и обмениваться данными.

$ ./client1

server waiting char from server = В

$

На терминале вывод сервера и клиента перемешаны, но можно увидеть, что сервер получил символ от клиента, увеличил его и вернул. Далее сервер продолжает выполняться и ждет следующего клиента. Если вы запустите несколько клиентов вместе, они будут обслуживаться по очереди, хотя полученный вывод может оказаться еще более перемешанным.

$ ./client1 & ./client1 & ./client1 &

[2] 23412

[3] 23413

[4] 23414

server waiting

char from server = В

server waiting

char from server = В

server waiting

char from server = В

server waiting

[2]  Done client1

[3]- Done client1

[4]+ Done client1

$

Для того чтобы до конца понять системные вызовы, применявшиеся в рассмотренном примере, необходимо узнать кое-что об организации сети в системах UNIX.

Сокеты характеризуются тремя атрибутами: доменом, типом и протоколом. У них также есть адрес, используемый как имя сокета. Форматы адресов меняются в зависимости от домена, также называемого семейством протоколов (protocol family). Каждое семейство протоколов может применять одно или несколько семейств адресов, определяющих формат адреса.

Домены задают сетевую рабочую среду, которую будет использовать соединение сокетов. Самый популярный домен сокетов —

AF_INET

Примечание

Для преодоления некоторых проблем стандартного протокола IP существенно ограниченного количества доступных адресов был разработан интернет-протокол нового поколения IPv6. Он использует другой домен сокетов

AF_INET6

и иной формат адресов. Ожидается, что со временем IPv6 заменит IP, но для этого потребуется много лет. Несмотря на то, что уже есть реализации IPv6 для Linux, их обсуждение выходит за рамки этой книги.

Несмотря на то, что у машин в Интернете почти всегда есть имена, их преобразуют в IP-адреса. Пример IP-адреса — 192.168.1.99. Все IP-адреса представлены четырьмя числами, каждое из которых меньше 256, и образуют так называемые четверки с точками. Когда клиент подключается по сети с помощью сокетов, ему нужен IP- адрес компьютера сервера.

На компьютере сервера может быть доступно несколько сервисов. Клиент может обратиться к конкретному сервису на компьютере, включенном в сеть, с помощью IP-порта. Внутри системы порт идентифицируется уникальным 16-разрядным целым числом, а за пределами системы — комбинацией IP-адреса и номера порта. Сокеты — это коммуникационные конечные точки, которые должны быть связаны с портами, прежде чем передача данных станет возможна.

Серверы ожидают запросов на соединения от определенных клиентов. У хорошо известных сервисов есть выделенные номера портов, которые используются всеми машинами под управлением ОС Linux и UNIX. Обычно, но не всегда, эти номера меньше 1024. Примерами могут служить буфер печати принтера (515),

rlogin

ftp

httpd

IPPORT_RESERVED

Поскольку для стандартных сервисов есть стандартный набор номеров портов, компьютеры могут легко соединяться друг с другом, не угадывая правильный номер порта. Локальный сервисы могут применять адреса нестандартных портов.

Домен в первом упражнении,

AF_UNIX

server_socket

Кроме того, могут применяться и другие домены:

AF_ISO

AF_XNS

У домена сокетов может быть несколько способов обмена данными, у каждого из которых могут быть разные характеристики. В случае сокетов домена

AF_UNIX

Интернет-протоколы предоставляют два механизма передачи данных с разными уровнями обслуживания: потоки и дейтаграммы.

Потоковые сокеты (в чем-то подобные стандартным потокам ввода/вывода) обеспечивают соединение, представляющее собой последовательный и надежный двунаправленный поток байтов. Следовательно, гарантируется, что без указания возникшей ошибки данные не будут потеряны, продублированы или переупорядочены. Сообщения большого объема фрагментируются, передаются и снова собираются воедино. Это напоминает файловый поток, который принимает большие объемы данных и делит их на меньшие блоки для записи на физический диск. У потоковых сокетов предсказуемое поведение.

Потоковые сокеты, описываемые типом

SOCK_STREAM

AF_INET

AF_UNIX

SOCK_STREAM

Примечание

TCP/IP — сокращение для протоколов Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Протокол IP — низкоуровневый протокол передачи пакетов, обеспечивающий выбор маршрута при пересылке данных в сети от одного компьютера к другому. Протокол TCP обеспечивает упорядочивание, управление потоком и ретрансляцию, гарантирующие полную и корректную передачу больших объемов данных или же сообщение о соответствующей ошибочной ситуации.

В отличие от потоковых дейтаграммные сокеты, описываемые типом

SOCK_DGRAM

Дейтаграммные сокеты реализованы в домене

AF_INET

Дейтаграммы полезны для однократных запросов к информационным сервисам, для предоставления обычных сведений о состоянии или для выполнения низкоприоритетной регистрации данных. Их преимущество в том, что остановка сервера не причинит чрезмерных неудобств клиенту и не потребует перезапуска клиента. Поскольку серверы на базе дейтаграмм обычно сохраняют данные без соединения, их можно останавливать и запускать снова, не мешая их клиентам.

На этом мы закончим обсуждение дейтаграмм, дополнительную информацию см. в разд. "Дейтаграммы" в конце данной главы.

Если низкоуровневый механизм передачи данных позволяет применять несколько протоколов, предоставляющих сокет требуемого типа, можно выбрать конкретный протокол или сокет. В этой главе мы сосредоточимся на сокетах сети UNIX и ее файловой системы, которые не требуют от вас выбора протокола, отличного от заданного по умолчанию.

Системный вызов socket создает сокет и возвращает дескриптор, который может применяться для доступа к сокету:

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

Созданный сокет — это одна конечная точка линии передачи. Параметр

domain

type

protocol

В табл. 15.1 приведены имена доменов.

Таблица 15.1

К наиболее популярным доменам сокетов относятся

AF_UNIX

AF_INET

AF_INET

Параметр сокета type задает характеристики обмена данными, применяемые для нового сокета. Возможными значениями могут быть

SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM

□ 

SOCK_STREAM

AF_INET

□ 

SOCK_DGRAM

AF_INET

Протокол, применяемый для обмена данными, обычно определяется типом сокета и доменом. Как правило, выбора нет. Параметр

protocol

Системный вызов

socket

read

write

close

Каждый домен сокетов требует своего формата адресов. В домене

AF_UNIX

sockaddr_un

struct sockaddr_un {

 sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */

 char sun_path[];        /* Путь к файлу */

};

Для того чтобы адреса разных типов могли передаваться в системные вызовы для обработки сокетов, все адресные форматы описываются похожей структурой, которая начинается с поля (в данном случае

sun_family

AF_UNIX

sun_path

В современных системах Linux тип

sa_family_t

short

pathname

sun_path

UNIX_MAX_PATH

В домене

AF_INET

sockaddr_in

struct sockaddr_in {

 short int sin_family;        /* AF_INET */

 unsigned short int sin_port; /* Номер порта */

 struct in_addr sin_addr;     /* Интернет-адрес */

};

Структура IP-адреса типа in_addr определена следующим образом:

struct in_addr {

 unsigned long int s_addr;

};

Четыре байта IP-адреса образуют одно 32-разрядное значение. Сокет домена

AF_INET

Для того чтобы сделать сокет (созданный с помощью вызова

socket

AF_UNIX

AF_INET

#include <sys/socket.h>

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address len);

Системный вызов

bind

address

socket

address_len

Длина и формат адреса зависят от адресного семейства. В системном вызове

bind

(struct sockaddr*)

В случае успешного завершения

bind

errno

Таблица 15.2

Для приема запросов на входящие соединения на базе сокетов серверная программа должна создать очередь для хранения ждущих обработки запросов. Формируется она с помощью системного вызова

listen

#include <sys/socket.h>

int listen(int socket, int backlog);

Система Linux может ограничить количество ждущих обработки соединений, которые могут храниться в очереди. В соответствии с этим максимумом вызов

listen

backlog

listen

backlog

Функция

listen

bind

EBADF

EINVAL

ENOTSOCK

После создания и именования сокета серверная программа может ждать запросы на выполнение соединения с сокетом с помощью системного вызова

accept

#include <sys/socket.h>

int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);

Системный вызов

accept

socket

accept

Предварительно сокету должно быть присвоено имя с помощью системного вызова

bind

listen

sockaddr

address

Параметр

address_len

accept

address_len

address_len

Если нет запросов на соединение, ждущих в очереди сокета, вызов accept будет заблокирован (так что программа не сможет продолжить выполнение) до тех пор, пока клиент не сделает запрос на соединение. Вы можете изменить это поведение, применив флаг

O_NONBLOCK

fcntl

int flags = fcntl(socket, F_GETFL, 0);

fcntl(socket, F_SETFL, O_NONBLOCK | flags);

Функция

accept

bind

listen

EWOULDBLOCK

O_NONBLOCK

EINTR

accept

Клиентские программы подключаются к серверам, устанавливая соединение между неименованным сокетом и сокетом сервера, ждущим подключений. Делают они это с помощью вызова

connect

#include <sys/socket.h>

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

Сокет, заданный в параметре

socket

address

address_len

socket

Если функция

connect

Таблица 15.3

Если соединение не может быть установлено немедленно, вызов

connect

connect

EINTR

Как и в случае вызова

accept

connect

O_NONBLOCK

connect

errno

EINPROGRESS

Хотя асинхронные соединения трудно обрабатывать, вы можете применить вызов

select

select

Вы можете разорвать сокетное соединение в серверной или клиентской программах, вызвав функцию

close

read

close

SOCK_LINGER

Теперь, когда мы описали основные системные вызовы, связанные с сокетами, давайте повнимательнее рассмотрим программы-примеры. Вы попытаетесь переработать их, заменив сокет файловой системы сетевым сокетом. Недостаток сокета файловой системы состоит в том, что если автор не использует полное имя файла, он создается в текущем каталоге серверной программы. Для того чтобы сделать его полезным в большинстве случаев, следует создать сокет в общедоступном каталоге (например, /tmp), подходящем для сервера и его клиентов. В случае сетевых серверов достаточно выбрать неиспользуемый номер порта.

Для примера выберите номер порта 9734. Это произвольный выбор, позволяющий избежать использования портов стандартных сервисов (вы не должны применять номера портов, меньшие 1024, поскольку они зарезервированы для системного использования). Другие номера портов с обеспечиваемыми ими сервисами часто приводятся в системном файле /etc/services. При написании программ, использующих сокеты, всегда выбирайте номер порта, которого нет в этом файле конфигурации.

Примечание

Вам следует знать, что в программах client2.c и server2.c умышленно допущена ошибка, которую вы устраните в программах client3.c и server3.c. Пожалуйста, не используйте текст примеров client2.c и server2.c в собственных программах.

Вы будете выполнять ваши серверную и клиентскую программы в локальной сети, но сетевые сокеты полезны не только в локальной сети, любая машина с подключением к Интернету (даже по модемной линии связи) может применять сетевые сокеты для обмена данными с другими компьютерами. Программу, основанную на сетевых подключениях, можно применять даже на изолированном компьютере с ОС UNIX, т. к. такой компьютер обычно настроен на использование виртуальной сети или внутренней петли (loopback network), включающей только его самого. Для демонстрационных целей данный пример использует виртуальную сеть, которая может быть также полезна для отладки сетевых приложений, поскольку она устраняет любые внешние сетевые проблемы.

Виртуальная сеть состоит из единственного компьютера, традиционно именуемого

localhost

У каждой сети, с которой компьютер обменивается данными, есть связанный с ней аппаратный интерфейс. У компьютера в каждой сети может быть свое имя и конечно будут разные IP-адреса. Например, у машины Нейла с именем tilde три сетевых интерфейса и, следовательно, три адреса. Они записаны в файле /etc/hosts следующим образом.

127.0.0.1    localhost         # Петля

192.168.1.1  tilde.localnet    # Локальная частная сеть Ethernet

158.152.X.X  tilde.demon.co.uk # Модемная линия связи

Первая строка — пример виртуальной сети, ко второй сети доступ осуществляется с помощью адаптера Ethernet, а третья — модемная линия связи с провайдером интернет-сервисов. Вы можете написать программу, применяющую сетевые сокеты, для связи с серверами с помощью любого из приведенных интерфейсов без каких-либо корректировок.

Выполните упражнения 15.3 и 15.4.

Далее приведена измененная программа-клиент client2.c, предназначенная для использования сетевого соединения на базе сокета в виртуальной сети. Она содержит незначительную ошибку, связанную с аппаратной зависимостью, но мы обсудим ее чуть позже в этой главе.

1. Включите необходимые директивы

#include

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int sockfd;

 int len;

 struct sockaddr_in address;

 int result;

 char ch = 'A';

2. Создайте сокет клиента:

 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

3. Присвойте имя сокету по согласованию с сервером:

 address.sin_family = AF_INET;

 address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

 address.sin_port = 9734;

 len = sizeof(address);

Оставшаяся часть программы такая же, как в приведенном ранее в этой главе примере. Когда вы выполните эту версию, она завершится аварийно, потому что на данном компьютере нет сервера, выполняющегося на порте 9734.

$ ./client2

oops: client2: Connection refused

$

Как это работает

Клиентская программа использует структуру

sockaddr_in

AF_INET

inet_addr

Вам также нужно модифицировать серверную программу, ждущую подключений на выбранном вами номере порта. Далее приведена откорректированная программа сервера server2.c.

1. Вставьте необходимые заголовочные файлы и задайте переменные:

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int server_sockfd, client_sockfd;

 int server_len, client_len;

 struct sockaddr_in server_address;

 struct sockaddr_in client_address;

2. Создайте неименованный сокет для сервера:

 server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

3. Дайте имя сокету:

 server_address.sin_family = AF_INET;

 server_address.sin_port.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

 server_address.sin_port = 9734;

 server_len = sizeof(server_address);

 bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

С этой строки и далее текст примера точно совпадает с программным кодом в файле server1.c. Выполнение client2 и server2 продемонстрирует то же поведение, что и при запуске программ client1 и server1.

Как это работает

Серверная программа создает сокет домена

AF_INET

Если вы хотите разрешить серверу устанавливать соединения с удаленными клиентами, необходимо задать набор IP-адресов, которые разрешены. Можно применить специальное значение

INADDR_ANY

INADDR_ANY

sin_addr.s_addr

Если запустить приведенные версии серверной и клиентской программ на машине на базе процессора Intel под управлением Linux, то с помощью команды

netstat

$ ./server2 & ./client2

[3] 23770

server waiting

server waiting

char from server = В

$ netstat -A inet

Active Internet connections (w/o servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address  Foreign Address (State)   User

tcp        1      0 localhost:1574 localhost:1174  TIME_WAIT root

Примечание

Прежде чем испытывать последующие примеры этой главы, убедитесь в том, что завершено выполнение серверных программ-примеров, поскольку они будут конкурировать при приеме соединений клиентов, и вы увидите вводящие в заблуждение результаты. Удалить их все (включая те, что будут приведены позже в этой главе) можно с помощью следующей команды:

killall server1 server2 server3 server4 server5

Вы сможете увидеть номера портов, присвоенные соединению сервера с клиентом. Локальный адрес отображает сервер, а внешний адрес — удаленного клиента. (Даже если клиент размещен на той же машине, он все равно подключается через сеть.) Для четкого разделения всех сокетов порты клиентов обычно отличаются от сокета сервера, ожидающего запросы на соединения, и уникальны в пределах компьютера.

Отображается локальный адрес (сокет сервера) 1574 (или может выводиться имя сервиса

mvel-lm

Для того чтобы компьютеры разных типов могли согласовать значения многобайтовых целых чисел, передаваемых по сети, необходимо определить сетевой порядок передачи байтов. Перед передачей данных клиентские и серверные программы должны преобразовать собственное внутреннее представление целых чисел в соответствии с принятым в сети порядком следования байтов. Делается это с помощью функций, определенных в заголовочном файле netinet/in.h. К ним относятся следующие:

#include <netinet/in.h>

unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);

unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);

unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong);

unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);

Эти функции преобразуют 16- и 32-разрядные целые из внутреннего формата в сетевой порядок следования байтов и обратно. Их имена соответствуют сокращенному названию выполняемых преобразований, например "host to network, long" (htonl, компьютерный в сетевой, длинные целые) и "host to network, short" (htons, компьютерный в сетевой, короткие целые). Компьютерам, у которых порядок следования байтов соответствует сетевому, эти функции предоставляют пустые операции.

Для обеспечения корректного порядка следования при передаче 16-разрядного целого числа ваши сервер и клиент должны применить эти функции к адресу порта. В программу server3.c следует внести следующие изменения:

server_address.sin_addr_s_addr = htonl(INADDR_ANY);

server_address.sin_port = htons(9734);

Результат, возвращаемый функцией

inet_addr("127.0.0.1")

address.sin_port = htons(9734);

В сервер, благодаря применению константы

INADDR_ANY

Теперь, выполнив программы server3 и client3, вы увидите корректный номер порта, используемый для локального соединения:

$ netstat

Active Internet connections

Proto Recv-Q Send-Q Local Address  Foreign Address (State)   User

tcp        1      0 localhost:9734 localhost:1175  TIME_WAIT root

Примечание

Если вы пользуетесь компьютером, у которого собственный формат представления целых совпадает с сетевым порядком следования байтов, вы не увидите никакой разницы. Но для обеспечения корректного взаимодействия клиентов и серверов с разной архитектурой важно всегда применять функции преобразования.

До сих пор у клиентских и серверных программ были адреса и номера портов, компилируемые в них. В более универсальных серверных и клиентских программах для определения применяемых адресов и портов вы можете использовать данные сети.

Если у вас есть на это право, можно добавить свой сервер к списку известных сервисов в файл /etc/services, который назначает имена номерам портов, так что клиенты могут использовать вместо номеров символические имена сервисов.

Точно так же зная имя компьютера, можно определить IP-адрес, вызвав функции базы данных сетевых узлов (host database), которые найдут эти адреса. Делают они это, обращаясь за справкой к конфигурационным файлам, например, etc/hosts или к сетевым информационным сервисам, таким как NIS (Network Information Services (сервисы сетевой информации), ранее известным как Yellow Pages (желтые страницы)) и DNS (Domain Name Service, служба доменных имен).

Функции базы данных сетевых узлов или хостов (Host database) объявлены в заголовочном файле интерфейса netdb.h:

#include <netdb.h>

struct hostent *gethostbyaddr(const void* addr, size_t len, int type);

struct hostent* gethostbyname(const char* name);

Структура, возвращаемая этими функциями, должна как минимум содержать следующие элементы.

struct hostent {

 char *h_name;      /* Имя узла */

 char **h_aliases;  /* Перечень псевдонимов (nicknames) */

 int h_addrtype;    /* Тип адреса */

 int h_length;      /* Длина адреса в байтах */

 char **h_addr_list /* Перечень адреса (сетевой порядок байтов) */

};

Если в базе данных нет элемента, соответствующего заданному узлу или адресу, информационные функции вернут пустой указатель.

Аналогично информацию, касающуюся сервисов и связанных номеров портов, можно получить с помощью информационных функций сервисов:

#include <netdb.h>

struct servent *getservbyname(const char *name, const char *proto);

struct servent *getservbyport(int port, const char *proto);

Параметр

proto

SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM

Структура

servent

struct servent {

 char *s_name;     /* Имя сервиса */

 char **s_aliases; /* Список псевдонимов (дополнительных имен) */

 int s_port;       /* Номер IP-порта */

 char *s_proto;    /* Тип сервиса, обычно "tcp" или "udp" */

}

Вы можете собрать воедино информацию о компьютере из базы данных сетевых узлов, вызвав функцию

gethostbyname

inet_ntoa

#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

Функция преобразует адрес интернет-узла в строку формата четверки чисел с точками. В случае ошибки она возвращает -1, но в стандарте POSIX не определены конкретные ошибки. Еще одна новая функция, которую вы примените, —

gethostname

#include <unistd.h>

int gethostname(char *name, int name length);

Эта функция записывает имя текущего узла в строку, заданную параметром

name

namelength

gethostname

Выполните упражнение 15.5.

Данная программа getname.c получает сведения о компьютере.

1. Как обычно, вставьте соответствующие заголовочные файлы и объявите переменные:

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <unistd.h>

#include <netdb.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 char *host, **names, **addrs;

 struct hostent *hostinfo;

2. Присвойте переменной

host

getname

 if (argc == 1) {

  char myname[256];

  gethostname(myname, 255);

  host = myname;

 } else host = argv[1];

3. Вызовите функцию gethostbyname и сообщите об ошибке, если никакая информация не найдена:

 hostinfo = gethostbyname(host);

 if (!hostinfo) {

  fprintf(stderr, "cannot get info for host: %s\n", host);

  exit(1);

 }

4. Отобразите имя узла и любые псевдонимы, которые у него могут быть:

 printf("results for host %s:\n", host);

 printf("Name : %s\n", hostinfo->h_name);

 printf("Aliases: ");

 names = hostinfo->h_aliases;

 while (*names) {

  printf(" %s", *names); names++;

 }

 printf("\n");

5. Если запрашиваемый узел не является IP-узлом, сообщите об этом и завершите выполнение:

 if (hostinfo->h_addrtype != AF_INET) {

  fprintf(stderr, "not an IP host!\n");

  exit(1);

 }

6. В противном случае выведите IP-адрес (адреса):

 addrs = hostinfo->h_addr_list;

 while (*addrs) {

  printf(" %s", inet_ntoa(*(struct in_addr*)*addrs));

  addrs++;

 }

 printf("\n");

 exit(0);

}

Для определения узла по заданному IP-адресу можно применить функцию

gethostbyaddr

Как это работает

Программа getname вызывает функцию gethostbyname для извлечения сведений об узле из базы данных сетевых узлов. Она выводит имя компьютера, его псевдонимы (другие имена, под которыми известен компьютер) и IP-адреса, которые он использует в своих сетевых интерфейсах. На одной из машин авторов выполнение примера и указание в качестве аргумента имени tilde привело к выводу двух интерфейсов: сети Ethernet и модемной линии связи.

$ ./getname tilde

results for host tilde:

Name: tilde.localnet

Aliases: tilde

192.168.1.1 158.152.x.x

Когда используется имя узла

localhost

$ ./getname localhost

results for host localhost:

Name: localhost

Aliases: 127.0.0.1

Теперь вы можете изменить свою программу-клиента для соединения с любым именованным узлом сети. Вместо подключения к серверу из вашего примера, вы соединитесь со стандартным сервисом и сможете извлечь номер порта.

Большинство систем UNIX и некоторые ОС Linux делают доступными свои системные время и дату в виде стандартного сервиса с именем

daytime

1. Начните с обычных директив

#include

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netdb.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 char *host;

 int sockfd;

 int len, result;

 struct sockaddr_in address;

 struct hostent *hostinfo;

 struct servent *servinfo;

 char buffer[128];

 if (argc == 1) host = "localhost";

 else host = argv[1];

2. Найдите адрес узла и сообщите об ошибке, если адрес не найден:

 hostinfo = gethostbyname(host);

 if (!host info) {

  fprintf(stderr, "no host: %s\n", host);

  exit(1);

 }

3. Убедитесь, что на компьютере есть сервис

daytime

 servinfo = getservbyname("daytime", "tcp");

 if (!servinfo) {

  fprintf(stderr, "no daytime service\n");

  exit(1);

 }

 printf("daytime port is %d\n", ntohs(servinfo->s_port));

4. Создайте сокет:

 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

5. Сформируйте адрес для соединения:

 address.sin_family = AF_INET;

 address.sin_port = servinfo->s_port;

 address.sin_addr = *(struct in_addr *)*hostinfo->h_addr_list;

 len = sizeof(address);

6. Затем подключитесь и получите информацию:

 result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);

 if (result == -1) {

  perror("oops: getdate");

  exit(1);

 }

 result = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));

 buffer[result] = '\0';

 printf("read %d bytes: %s", result, buffer);

 close(sockfd);

 exit(0);

}

Вы можете применять программу

getdate

$ ./getdate localhost

daytime port is 13

read 26 bytes: 24 JUN 2007 06:03:03 BST

$

Если вы получаете сообщение об ошибке, такое как

oops: getdate: Connection refused

или

oops: getdate: No such file or directory

причина может быть в том, что на компьютере, к которому вы подключаетесь, не включен сервис

daytime

Как это работает

При выполнении данной программы можно задать узел, к которому следует подключиться. Номер порта сервиса

daytime

getservbyname

getdate

Системы UNIX, предоставляющие ряд сетевых сервисов, зачастую делают это с помощью суперсервера. Эта программа (интернет-демон xinetd или inetd) ожидает одновременно запросы на соединения с множеством адресов портов. Когда клиент подключается к сервису, программа-демон запускает соответствующий сервер. При таком подходе серверам не нужно работать постоянно, они могут запускаться по требованию.

Примечание

В современных системах Linux роль интернет-демона исполняет программа xinetd. Она заменила оригинальную UNIX-программу inetd, которую вы все еще можете встретить в более ранних системах Linux и других UNIX-подобных системах.

Программа xinetd обычно настраивается с помощью пользовательского графического интерфейса для управления сетевыми сервисами, но вы можете изменять и непосредственно файлы конфигурации программы. К ним относятся файл /etc/xinetd.conf и файлы в каталоге /etc/xinetd.d.

У каждого сервиса, предоставляемого программой xinetd, есть файл конфигурации в каталоге /etc/xinetd.d. Программа xinetd считает все эти файлы конфигурации во время запуска и повторно при получении соответствующей команды.

Далее приведена пара примеров файлов конфигурации xinetd, первый из них для сервиса

daytime

# По умолчанию: отключен

# Описание: сервер daytime. Это версия tcp.

service daytime

{

 socket_type = stream

 protocol    = tcp

 wait        = no

 user        = root

 type        = INTERNAL

 id          = daytime-stream

 FLAGS       = IPv6 IPv4

}

Следующий файл конфигурации предназначен для сервиса передачи файлов.

# По умолчанию: отключен

# Описание:

# FTP-сервер vsftpd обслуживает FTP-соединения. Он использует

# для аутентификации обычные, незашифрованные имена пользователей и

# пароли, vsftpd спроектирован для безопасной работы.

#

# Примечание: этот файл содержит конфигурацию запуска vsftpd для xinetd.

# Файл конфигурации самой программы vsftpd находится в

# /etc/vsftpd.conf

service ftp {

# server_args =

# log_on_success += DURATION USERID

# log_on_failure += USERID

# nice = 10

 socket_type = stream

 protocol    = tcp

 wait        = no

 user        = root

 server      = /usr/sbin/vsftpd

}

Сервис

daytime

getdate

SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM

Сервис передачи файлов

ftp

SOCK_STREAM

ftp

Для активизации конфигурационных изменений сервиса можно отредактировать конфигурацию xinetd и отправить сигнал отбоя (hang-up) процессу-демону, но мы рекомендуем использовать более дружелюбный способ настройки сервисов. Для того чтобы разрешить вашему клиенту подключаться к сервису

daytime

daytime

Рис. 15.1 

Для систем, применяющих программу inetd вместо xinetd, далее приведено эквивалентное извлечение из файла конфигурации inetd, /etc/inetd.conf, которое программа inetd использует для принятия решения о запуске серверов:

#

# <service_name> <sock_type> <proto> <flags> <user> <server_path> <args>

#

# Echo, discard, daytime и chargen используются в основном для

# тестирования.

#

daytime stream tcp nowait root internal

daytime dgram udp wait root internal

#

# Это стандартные сервисы.

#

ftp stream tcp-nowait root /usr/sbin/tcpd /usr/sbin/wu.ftpd

telnet stream tcp nowait root /usr/sbin/tcpd /usr/sbin/in.telnetd

#

# Конец файла inetd.conf.

Обратите внимание на то, что в нашем примере сервис ftp предоставляется внешней программой wu.ftpd. Если в вашей системе выполняется демон inetd, вы можете изменить набор предоставляемых сервисов, отредактировав файл /etc/inetd.conf (знак # в начале строки указывает на то, что это строка комментария) и перезапустив процесс inetd. Сделать это можно, отправив сигнал отбоя (hang-up) с помощью команды

kill

killall

# killall -HUP inetd

Существует много параметров, которые можно применять для управления поведением соединений на базе сокетов — слишком много для подробного описания в этой главе. Для манипулирования параметрами используют функцию

setsockopt

#include <sys/socket.h>

int setsockopt(int socket, int level, int option_name,

 const void *option value, size_t option len);

Задавать параметры можно на разных уровнях иерархии протоколов. Для установки параметров на уровне сокета вы должны задать

level

SOL_SOCKET

getprotobyname

В аргументе

option_name

option_value

option_len

Параметры уровня сокета определены в заголовочном файле sys/socket.h и включают приведенные в табл. 15.4 значения.

Таблица 15.5

Параметры

SO_DEBUG

SO_KEEPALIVE

option_value

SO_LINGER

linger

Функция

setsockopt

До сих пор в этой главе вы видели, как применяются сокеты для реализации клиент-серверных систем, как локальных, так действующих, в сети. После установки соединения на базе сокетов они ведут себя как низкоуровневые открытые файловые дескрипторы и во многом как двунаправленные каналы.

Теперь необходимо рассмотреть случай множественных клиентов, одновременно подключающихся к серверу. Вы видели, что, когда серверная программа принимает от клиента запрос на соединение, создается новый сокет, а исходный сокет, ожидающий запросы на соединение, остается доступен для последующих запросов. Если сервер не сможет немедленно принять поступившие позже запросы на соединения, они сохранятся в очереди ожидания.

Тот факт, что исходный сокет все еще доступен, и что сокеты ведут себя как файловые дескрипторы, дает нам метод одновременного обслуживания многих клиентов. Если сервер вызовет функцию

fork

Поскольку вы создаете дочерние процессы, но не ждете их завершения, следует сделать так, чтобы сервер игнорировал сигналы

SIGCHLD

1. Программа server4.c начинается так же, как последний рассмотренный сервер с важным добавлением директивы

include

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>

#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int server_sockfd, client_sockfd;

 int server_len, client_len;

 struct sockaddr_in server_address;

 struct sockaddr_in client_address;

 server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 server_address.sin_family = AF_INET;

 server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

 server_address.sin_port = htons(9734);

 server_len = sizeof(server_address);

 bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

2. Создайте очередь соединений, игнорируйте подробности завершения дочернего процесса и ждите запросов клиентов:

 listen(server_sockfd, 5);

 signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

 while(1) {

  char ch;

  printf("server waiting\n");

3. Примите запрос на соединение:

  client_len = sizeof(client_address);

  client_sockfd = accept(server_sockfd,

   (struct_sockaddr*)&client_address, &client_len);

4. Вызовите

fork

  if (fork() == 0) {

5. Если вы потомок, то можете читать/писать в программе-клиенте на сокете

client_sockfd

   read(client_sockfd, &ch, 1);

   sleep(5);

   ch++;

   write(client_sockfd, &ch, 1);

   close(client_sockfd);

   exit(0);

  }

6. В противном случае вы должны быть родителем и ваша работа с данным клиентом закончена:

  else {

   close(client_socket);

  }

 }

}

Код включает пятисекундную задержку при обработке запроса клиента для имитации вычислений сервера или обращения к базе данных. Если бы вы проделали это в предыдущем сервере, каждое выполнение программы client3 заняло бы пять секунд. С новым сервером вы сможете обрабатывать множественные клиентские программы client3 параллельно с общим затраченным временем, чуть превышающим пять секунд.

$ ./server4 &

[1] 26566 server waiting

$ ./client3 & ./client3 & ./client3 & ps x

[2] 26581

[3] 26582

[4] 26583

server waiting

server waiting

server waiting

PID   TTY   STAT TIME COMMAND

26566 pts/1 S    0:00 ./server4

26581 pts/1 S    0:00 ./client3

26582 pts/1 S    0:00 ./client3

26583 pts/1 S    0:00 ./client3

26584 pts/1 R+   0:00 ps x

26585 pts/1 S    0:00 ./server4

26586 pts/1 S    0:00 ./server4

26587 pts/1 S    0:00 ./server4

$ char from server = В

char from server = В

char from server = В

ps x

PID  TTY    STAT TIME COMMAND

26566 pts/1 S    0:00 ./server4

26590 pts/1 R+   0:00 ps x

[2] Done   ./client3

[3]- Done  ./client3

[4]+ Done  ./client3

$

Как это работает

Теперь серверная программа создает новый дочерний процесс для обработки каждого клиента, поэтому вы можете видеть несколько сообщений об ожидании сервера, поскольку основная программа продолжает ждать новые запросы на подключения. В выводе команды

ps

Серверная программа применяет вызов

fork

select

Очень часто при разработке приложений Linux вам может понадобиться проверка состояния ряда вводов для того, чтобы определить следующее предпринимаемое действие. Например, программа обмена данными, такая как эмулятор терминала, нуждается в эффективном способе одновременного чтения с клавиатуры и с последовательного порта. В однопользовательской системе подойдет цикл "активного ожидания", многократно просматривающий ввод в поиске данных и читающий их, как только они появятся. Такое поведение очень расточительно в отношении времени ЦП.

Системный вызов

select

Функция

select

fd_set

#include <sys/types.h> #include <sys/time.h>

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

Как и предполагается в соответствии с их именами, макрос

FD_ZERO

fd_set

FD_SET

FD_CLR

fd

FD_ISSET

fd

fd_set

fdset

fd_set

FD_SETDIZE

Функция

select

struct timeval

struct timeval {

 time_t tv_sec; /* Секунды */

 long tv_usec;  /* Микросекунды */

}

Тип

time_t

select

#include <sys/types.h>

#include <sys/time.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

 fd_set *errorfds, struct timeval *timeout);

Вызов

select

Аргумент

nfds

nfds-1

Функция

select

readfds

writefds

errorfd

select

timeout

timeout

Когда

select

FD_ISSET

Вызов select возвращает общее количество дескрипторов в модифицированных множествах. В случае сбоя он вернет -1 и установит значение переменной

errno

EBADF

EINTR

EINVAL

nfds

timeout

Несмотря на то, что Linux модифицирует структуру, на которую указывает

timeout

select

timeval

timeval

select

Выполните упражнение 15.8.

Далее для демонстрации применения функции select приведена программа select.c. Более сложный пример вы увидите чуть позже. Программа читает данные с клавиатуры (стандартный ввод — дескриптор 0) со временем ожидания 2,5 секунды. Данные читаются только тогда, когда ввод готов. Естественно расширить программу, включив в зависимости от характера приложения другие дескрипторы, такие как последовательные каналы (serial lines) и сокеты.

1. Начните как обычно с директив

include

inputs

#include <sys/types.h>

#include <sys/time.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 char buffer[128];

 int result, nread;

 fd_set inputs, testfds;

 struct timeval timeout;

 FD_ZERO(&inputs);

 FD_SET(0, &inputs);

2. Подождите ввод из файла stdin в течение максимум 2,5 секунд:

 while(1) {

  testfds = inputs;

  timeout.tv_sec = 2;

  timeout.tv_usec = 500000;

  result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)NULL,

   (fd_set*)NULL, &timeout);

3. Спустя это время проверьте

result

  switch(result) {

  case 0:

   printf("timeout\n");

   break;

  case -1:

   perror("select");

   exit(1);

4. Если во время ожидания у вас наблюдаются некоторые действия, связанные с файловым дескриптором, читайте ввод из stdin и выводите его при каждом получении символа EOL (конец строки), до нажатой комбинации клавиш <Ctrl>+<D>:

  default:

   if (FD_ISSET(0, &testfds)) {

    ioctl(0, FIONREAD, &nread);

    if (nread == 0) {

     printf("keyboard done\n");

     exit(0);

    }

    nread = read(0, buffer, nread);

    buffer[nread] = 0;

    printf("read %d from keyboard: %s", nread, buffer);

   }

   break;

  }

 }

}

Во время выполнения эта программа каждые две с половиной секунды выводит строку

timeout

$ ./select

timeout

hello

read 6 from keyboard: hello

fred

read 5 from keyboard: fred

timeout

^D

keyboard done

$

Как это работает

Программа применяет вызов

select

select

Ваша простая серверная программа может выиграть от применения

select

Сервер может применять функцию

select

FD_ISSET

Если сокет, ожидающий запросов на подключение, готов к вводу, это означает, что клиент пытается подсоединиться, и вы можете вызывать функцию

accept

Выполните упражнение 15.9.

1. В финальный пример программы server5.с вы включите заголовочные файлы sys/time.h и sys/ioctl.h вместо signal.h, использованного в предыдущей программе, и объявите несколько дополнительных переменных для работы с вызовом

select

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/time.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int server_sockfd, client_sockfd;

 int server_len, client_len;

 struct sockaddr_in server_address;

 struct sockaddr_in client_address;

 int result;

 fd_set readfds, testfds;

2. Создайте сокет для сервера и присвойте ему имя:

 server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 server_address.sin_family = AF_INET;

 server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

 server_address.sin_port = htons(9734);

 server_len = sizeof(server_address);

 bind(serversockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

3. Создайте очередь запросов на соединение и инициализируйте множество

readfds

server_sockfd

 listen(server_sockfd, 5);

 FD_ZERO(&readfds);

 FD_SET(server_sockfd, &readfds);

4. Теперь ждите запросы от клиентов. Поскольку вы передали пустой указатель как параметр

timeout

select

 while(1) {

  char ch;

  int fd;

  int nread;

  testfds = readfds;

  printf("server waiting\n");

  result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,

   (fd_set *)0, (struct timeval *)0);

  if (result < 1) {

   perror("server5");

   exit(1);

  }

5. После того как вы определили, что есть активность, можно выяснить, какой из дескрипторов активен, проверяя каждый из них по очереди с помощью макроса

FD_ISSET

  for (fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++) {

   if (FD_ISSET(fd, &testfds)) {

6. Если зафиксирована активность на

server_sockfd

client_sockfd

    if (fd == server_sockfd) {

     client_len = sizeof(client_address);

     client_sockfd = accept(server_sockfd,

      (struct sockaddr*)&client_address, &client_len);

     FD_SET(client_sockfd, &readfds);

     printf("adding client on fd %d\n", client_sockfd);

    }

Если активен не сервер, значит, активность проявляет клиент. Если получен

close

    else {

     ioctl(fd, FIONREAD, &nread);

     if (nread == 0) {

      close(fd);

      FD_CLR(fd, &readfds);

      printf("removing client on fd %d\n", fd);

     } else {

      read(fd, &ch, 1);

      sleep(5);

      printf("serving client on fd %d\n", fd);

      ch++;

      write(fd, &ch, 1);

     }

    }

   }

  }

 }

}

Примечание

В реальную программу было бы неплохо вставить переменную, содержащую наибольший подключенный номер

fd

(необязательно самый последний подключенный номер

fd

). Это помешает просмотру в цикле тысяч номеров

fd

, которые даже не подсоединены и потенциально не могут быть готовы к чтению. Мы пропустили этот фрагмент кода для краткости и простоты примера.

При запуске этой версии сервера многочисленные клиенты будут обрабатываться последовательно в единственном процессе.

$ ./server5 &

[1] 26686

server waiting

$ ./client3 & ./client3 & ./client3 & ps x

[2] 26689

[3] 26690

adding client on fd 4

server waiting

[4] 26691

PID   TTY  STAT TIME COMMAND

26686 pts/1 S   0:00 ./server5

26689 pts/1 S   0:00 ./client3

26690 pts/1 S   0:00 ./client3

26691 pts/1 S   0:00 ./client3

26692 pts/1 R+  0:00 ps x

$ serving client on fd 4

server waiting

adding client on fd 5

server waiting

adding client on fd 6

char from server = В

serving client on fd 5

server waiting

removing client on fd 4

char from server = В

serving client on fd 6

server waiting

removing client on fd 5

server waiting

char from server = В

removing client on fd 6

server waiting

[2]  Done  ./client3

[3]- Done  ./client3

[4]+ Done  ./client3

Для полноты аналогии, упомянутой в начале главы, в табл. 15.5 приведены параллели между соединениями на базе сокетов и телефонными переговорами.

Таблица 15.5

В этой главе мы сосредоточились на программировании приложений, поддерживающих связь со своими клиентами с помощью TCP-соединений на базе сокетов. Существуют ситуации, в которых затраты на установку и поддержку соединения с помощью сокетов излишни.

Хорошим примером может служить сервис

daytime

Сервис

daytime

Сервисы, предоставляемые по UDP-протоколу, применяются в тех случаях, когда клиенту нужно создать короткий запрос к серверу, и он ожидает единственный короткий ответ. Если стоимость времени процессора достаточно низкая, сервер способен обеспечить такой сервис, обрабатывая запросы клиентов по одному и разрешая операционной системе хранить очередь входящих запросов. Такой подход упрощает программирование сервера.

Поскольку UDP — не дающий гарантий сервис, вы можете столкнуться с потерей вашей дейтаграммы или ответа сервера. Если данные важны для вас, возможно, придется тщательно программировать ваших UDP-клиентов, проверяя ошибки и при необходимости повторяя попытки. На практике в локальных сетях UDP-дейтаграммы очень надежны.

Для доступа к сервису, обеспечиваемому UDP-протоколом, вам следует применять системные вызовы

socket

close

read

write

sendto

recvfrom

Далее приведена модифицированная версия программы getdate.c, которая получает дату с помощью сервиса UDP-дейтаграмм. Изменения по сравнению с предыдущей версией выделены цветом.

/* Начните с обычных include и объявлений. */

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netdb.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 char *host;

 int sockfd;

 int len, result;

 struct sockaddr_in address;

 struct hostent *hostinfo;

 struct servent *servinfo;

 char buffer[128];

 if (argc == 1) host = "localhost";

 else host = argv[1];

 /* Ищет адрес хоста и сообщает об ошибке, если не находит. */

 hostinfo = gethostbyname(host);

 if (!hostinfo) {

  fprintf(stderr, "no host: %s\n", host);

  exit(1);

 }

 /* Проверяет наличие на компьютере сервиса daytime. */

 servinfo = getservbyname("daytime", "udp");

 if (!servinfo) {

  fprintf(stderr, "no daytime service\n");

  exit(1);

 }

 printf("daytime port is %d\n", ntohs(servinfo->s_port));

 /* Создает UDP-сокет. */

 sockfd = socket(AF_INEТ, SOCK_DGRAM, 0); 

 /* Формирует адрес для использования в вызовах sendto/recvfrom... */

 address.sin_family = AF_INET;

 address.sin_port = servinfo->s_port;

 address.sin_addr = *(struct in_addr*)*hostinfo->h_addr_list;

 len = sizeof(address);

 result = sendto(sockfd, buffer, 1, 0, (struct sockaddr *)&address, len);

 result = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0,

  (struct sockaddr *)&address, &len);

 buffer [result] = '\0';

 printf("read %d bytes: %s", result, buffer);

 close(sockfd);

 exit(0);

}

Как видите, необходимы лишь незначительные изменения. Как и раньше, вы ищете сервис

daytime

getservbyname

socket

SOCK_DGRAM

Поскольку вы не устанавливаете явное соединение с сервисами на базе UDP, у вас должен быть способ оповещения сервера о том, что вы хотите получить ответ. В данном случае вы посылаете дейтаграмму (в нашем примере вы отправляете один байт из буфера, в который вы хотите получить ответ) сервису и он посылает в ответ дату и время.

Системный вызов

sendto

int sendto(int sockfd, void *buffer, size_t len, int flags,

 struct sockaddr *to, socklen_t tolen);

В случае обычного применения параметр

flags

Системный вызов recvfrom ожидает дейтаграмму в соединении сокета с заданным адресом и помещает ее в буфер. У этого вызова следующий прототип:

int recvfrom(int sockfd, void *buffer, size_t len, int flags,

 struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);

И снова в случае обычного применения параметр

flags

Для упрощения примера мы пропустили обработку ошибок. Оба вызова,

sendto

recvfrom

errno

Таблица 15.6

Если сокет не был определен как неблокирующийся с помощью вызова

fcntl

recvfrom

select

В этой главе мы предложили еще один способ взаимодействия процессов — сокеты. Они позволяют разрабатывать по-настоящему распределенные клиент-серверные приложения, которые выполняются в сетевой среде. Было дано краткое описание некоторых информационных функций базы данных сетевых узлов и способы обработки в системе Linux стандартных системных сервисов с помощью интернет-демонов. Вы проработали ряд примеров клиент-серверных программ, демонстрирующих обработку и сетевую организацию множественных клиентов.

В заключение вы познакомились с системным вызовом

select