ОСиС_2008

Для того чтобы получить датаграмму из входного буфера своего сокета, программа процесса должна выполнить системный вызов recvfrom:

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

int recvfrom (int sockfd, void *buf, int len, int flags, struct sockaddr *fromaddr, int *fromlen);

где sockfd — номер своего сокета; buf — указатель на прикладной буфер, в который ядро должно записать информацию, принятую от другого процесса; len — длина прикладного приемного буфера (в байтах); flags — флаги, задающие особые условия приема датаграммы. Если такие условия не требуются, то задается 0; fromaddr — указатель на структуру, содержащую адрес сокетаисточника датаграммы; fromlen — указатель на целочисленную переменную, содержащую длину структуры, содержащей адрес сокета-источника датаграммы.

В результате выполнения вызова recvfrom из входного буфера сокета с номером sockfd извлекается датаграмма и содержащаяся в ней полезная информация помещается в прикладной буфер, а адрес сокета-отправителя датаграммы помещается в структуру, на которую указывает параметр fromaddr. При этом вызов recvfrom возвращает в программу процесса число фактически полученных байтов полезной информации, а в случае ошибки — число (–1). Таким образом, в результате успешного выполнения вызова программа получает не только полезную информацию, содержавшуюся в датаграмме, но и «знает» адрес сокета-источника этой датаграммы. Используя этот адрес в качестве адреса назначения, процесс может отправить ответную датаграмму. Если в момент выполнения recvfrom во входном буфере сокета датаграмма отсутствует, то процесс переводится в состояние «Сон» и находится в нем до появления датаграммы.

Примечание. Если адрес сокета-отправителя не нужен, в качестве предпоследнего параметра вызова следует записать NULL, а в качестве последнего параметра — 0.

Для отправления своей датаграммы программа процесса должна выполнить системный вызов sendto:

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

int sendto(int sockfd, const void *msg, int len, int flags, const struct sockaddr *toaddr, int tolen);

где sockfd — номер своего сокета; msg — указатель на прикладной буфер, содержащий передаваемую информацию; len — длина передаваемой информации (в байтах); flags — флаги, задающие особые условия отправления датаграммы. Если такие условия не требуются, то задается 0; toaddr — указатель на структуру, содержащую адрес сокета назначения датаграммы; tolen — длина структуры, содержащей адрес сокета назначения.

В результате выполнения вызова sendto в выходной буфер сокета-источника помещается датаграмма, содержащая полезную информацию (копируется из прикладного буфера), а также заголовок датаграммы, состоящий из адреса назначения и адреса отправления. После этого данный вызов возвращает управление программе процесса, передав ей длину (в байтах) переданной полезной информации. (В случае ошибки возвращается (–1).) Что касается самой передаваемой датаграммы, то она перемещается ядром во входной буфер сокета назначения и находится там до тех пор, пока не будет взята оттуда процессом-потребителем датаграммы.

Из перечня входных параметров системного вызова sendto видно, что прежде чем его можно использовать, данная часть приложения (клиент или сервер) должна получить адрес того удаленного сокета, которому отправляется датаграмма. Существуют два способа задания такого адреса:

1)адрес сокета сервера известен всем клиентам заранее. Поэтому для задания такого адреса в программе клиента выполняются действия, очень похожие на действия по заданию адреса своего сокета, рассмотренные нами в предыдущем пункте;

2)адрес сокета клиента серверу заранее не известен. Поэтому для получения такого адреса программа сервера использует датаграмму, полученную от клиента. Напомним, что наряду с полезной прикладной информацией принятая датаграмма содержит служебную информацию — адрес отправителя, то есть адрес сокета клиента.

После того как датаграммный канал стал не нужен, клиент закрывает свой сокет, используя тот же самый системный вызов close, который используется для закрытия файлов:

int close(int sockfd);

где sockfd — номер сокета.

9.9.6. Программы взаимодействующих процессов

Предоставление взаимодействующим процессам датаграммного информационного канала на основе сокетов никак не регламентирует порядок выдачи датаграмм клиентом и сервером. Этот порядок полностью определяется алгоритмом совместной работы клиента и сервера, то есть прикладным протоколом.

Согласно любому прикладному протоколу первым посылает свою датаграмму клиент. Эта датаграмма содержит запрос на обслуживание и посылается на адрес сокета сервера, заранее известный клиенту. С учетом того что сервер обычно предназначен для обслуживания не одного, а многих клиентов, его алгоритм должен содержать бесконечный цикл опроса входного буфера своего сокета. Получив датаграмму, сервер может в общем случае или отвергнуть пришедший запрос, или запросить дополнительную информацию, или приступить к выполнению этого запроса. Для простоты допустим, что возможна только последняя реакция сервера.

В некоторых прикладных протоколах каждая новая датаграмма клиента обслуживается сервером независимо от ранее принятых датаграмм. В этом случае можно ограничиться однопроцессной моделью сервера, которая предполагает, что всю работу по приему датаграмм, их обслуживанию и отправлению ответных датаграмм выполняет единственный процесс-сервер. Реализация многопроцессной модели сервера целесообразна для более сложных прикладных протоколов и в настоящей работе не рассматривается. Вернемся к примеру с выводом «эха» и запишем программы однопроцессного сервера и клиента.

Сервер:

/* Подсоединение заголовочных файлов*/ #include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h> #include <sys/un.h>

/* Объявления констант и глобальных переменных*/ #define LBUF 100

#define LEN sizeof(struct sockaddr_un) char bufer[LBUF];

main ()

{

/* Объявления локальных переменных и структур данных*/

368 Одиноков В.В., Коцубинский В.П.

struct sockaddr_un server, client; int n, sock, s_len;

printf(“Сервер: невозможно создать сокет\n”); exit(1);

}

/* Задание адреса своего сокета */ unlink(“/home/vlad/abc.server”); bzero(&server, LEN); server.sun_family = AF_UNIX;

strcpy(server.sun_path, “/home/vlad/abc.server”); s_len=sizeof(server.sun_family)+strlen(server.sun_path);

/* Связывание сокета сервера с его адресом */

if (bind(sock, (struct sockaddr *) &server, s_len) < 0)

{

printf(“Сервер: ошибка связывания сокета с адресом\n”); exit(1);

}

/* Бесконечный цикл приема и обработки датаграмм клиентов */

for ( ; ; ){

n= recvfrom(sock, bufer, LBUF, 0,(struct sockaddr *)&client, &c_len);

if (n < 0) { printf(“Сервер: ошибка приема\n”); continue;}

/* В результате системного вызова recvfrom был получен адрес клиента. На него и возвращается сообщение клиента */

if (sendto(sock, bufer,n, 0, (struct sockaddr *)&client, c_len) !=n) {

printf(“Сервер: ошибка передачи\n”); continue;}

}

}

Клиент:

/* Включение заголовочных файлов*/ #include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h> #include <sys/un.h>

/* Объявления констант и глобальных переменных*/ char *msg = “С новым годом!\n”;

#define LBUF 100

#define LEN sizeof(struct sockaddr_un) char bufer[LBUF];

main ()

{

/* Объявления локальных переменных и структур данных*/

printf(“Клиент: невозможно создать сокет\n”); exit(1);

}

/* Заполнение адреса сокета клиента */ bzero(&client, LEN);

client.sun_family = AF_UNIX; strcpy(client.sun_path, “/tmp/clnt.XXX”); mktemp(client.sun_path);

c_len= sizeof(client.sun_family) + strlen(client.sun_path); /* Связывание сокета клиента со своим адресом */ if (bind(sock, (struct sockaddr *) &client, c_len) < 0)

{

printf(“Клиент: ошибка связывания сокета с адресом\n”); exit(1);

}

/* Заполнение адреса сокета сервера */ bzero(&server, LEN); server.sun_family = AF_UNIX;

strcpy(server.sun_path, “/home/vlad/abc.server”); s_len=sizeof(server.sun_family)+strlen(server.sun_path);

/* Отправление запроса на обслуживание к серверу*/ msglen = strlen(msg);

if (sendto(sock, msg, msglen, 0,

(struct sockaddr *)&server, s_len) != msglen) { printf(“Клиент: ошибка передачи\n”); exit(1);}

/* Прием от сервера «эха» сообщения*/

if((n = recvfrom (sock, bufer, LBUF, 0, NULL, 0)) < 0) { printf(“Клиент: ошибка приема\n”); exit(1);}

/* Вывод «эха» на экран*/ printf(“Эхо: %s\n”, bufer);

/* Завершение программы */ close(sock); unlink(client.sun_path); exit(0);

}

9.9.7. Задание

Требуется разработать три процесса, запускаемые из командной строки UNIX: процесс-сервер, запускаемый в оперативном режиме, и два процесса-клиента, запускаемые в фоновом режиме. Между этими процессами должно существовать датаграммное информационное взаимодействие, обеспечивающее решение одной из следующих задач, указываемой преподавателем:

1)сервер экрана. Каждый клиент выводит содержимое своего текстового файла на экран, находящийся под управлением про- цесса-сервера. Размер каждого файла соответствует нескольким экранным строкам, каждая из которых передается в виде одной датаграммы. Причем вывод каждой такой строки на экран сервер предваряет выводом номера клиента;

2)сервер клавиатуры. Каждый клиент вводит содержимое своего текстового файла с клавиатуры, находящейся под управлением процесса-сервера. При этом каждая датаграмма сервера соответствует одной введенной строке текста. Размер каждого клиентского файла многократно превосходит размер одной строкидатаграммы;

3)сервер файла для записи. Каждый клиент выводит содержимое своего текстового файла в файл на диске, находящийся под управлением процесса-сервера. При этом каждая датаграмма клиента соответствует одной строке файла. Размер каждого клиентского файла превосходит размер одной строки-датаграммы. Запись каждой такой датаграммы в свой файл сервер предваряет записью номера клиента;

4)сервер файла для чтения. Каждый клиент выполняет запись

всвой текстовый файл на диске информации из файла, находящегося под управлением процесса-сервера. При этом каждая датаграмма сервера соответствует одной строке файла. Размер каждого файла многократно превосходит размер одной строки-датаграммы. Заметим, что в данном задании производится не копирование серверного файла, а распределение его копии между клиентами.

Примечание 1. Первый байт каждой датаграммы клиента должен содержать номер этого клиента. (Датаграммы в заданиях 2 и 4 не содержат другой полезной информации.)

Примечание 2. Ответная датаграмма сервера должна содержать или полезную информацию (задания 2 и 4), или является лишь

подтверждением со стороны сервера правильности выполненной им операции (задания 1 и 3).

9.10. Лабораторная работа № 10. Сетевые датаграммные каналы

Целью выполнения настоящей лабораторной работы является получение навыков создания на основе сокетов датаграммных UDP-каналов, используемых для связи между удаленными процессами.

Вначале выполнения данной работы следует ознакомиться

сп. 8.3.2 из теоретической части пособия.

9.10.1. Состав и порядок выдачи системных вызовов

При создании и использовании сетевого UDP-канала порядок выдачи системных вызовов удаленными частями сетевого приложения (клиентской и серверной) не отличается от порядка выдачи системных вызовов при создании и использовании локального датаграммного канала. Например, если рассмотренную в предыдущей лабораторной работе задачу передачи «эха» реализовать в виде распределенного приложения, то сохранится порядок выдачи системных вызовов, приведенный на рис. 69. Единственное отличие, не влияющее на логику работы приложения, заключается в том, что клиентская и серверная части приложения выдают системные вызовы разным ОС, так как выполняются на разных хостах.

Несмотря на то что состав и порядок выдачи системных вызовов для UDP-канала и для локального канала совпадают, некоторые параметры этих вызовов в обоих случаях различны. Далее рассмотрим эти отличия.

9.10.2. Создание сокета

Создание сокета выполняет системный вызов socket. Напомним его определение:

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

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

При создании протяженного канала в качестве параметра domain задается константа AF_INET. Ее наличие сообщает ядру ОС

о том, что соединяемые информационным каналом процессы выполняются на удаленных ЭВМ, подключенных к сети Internet.

В качестве параметра type при создании датаграммного канала задается значение SOCK_DGRAM.

Задание в качестве параметра protocol значения 0 означает, что выбор типа транспортного протокола поручается самой ОС. При задании в качестве параметра type значения SOCK_DGRAM таким протоколом является UDP.

9.10.3. Связывание сокета со своим адресом

Связывание сокета со своим адресом выполняет системный вызов bind. Его определение:

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

int bind(int sockfd, struct sockaddr *address, int add_len)

где sockfd — номер сокета, созданного ранее с помощью вызова socket; address — адрес (указатель) структуры типа sockaddr; add_len — длина структуры типа sockaddr.

В случае успешного завершения вызова bind он возвращает значение 0, иначе (–1).

Напомним, что структура sockaddr — структура обобщенного адреса сокета, которая определяется в файле <sys/socket.h>:

В отличие от локального случая, при создании UDP-канала выполнение вызова bind приводит к замене структуры sockaddr не на структуру внутреннего адреса sockaddr_un, а на структру сетевого адреса sockaddr_in, которая определена в файле

<netinet/in.h>:

Прежде чем выполнить в программе вызов bind, необходимо заполнить ту структуру сетевого адреса, с которой производится

связывание. Пример заполнения данной структуры серверной частью приложения:

/* Задание в сервере адреса своего сокета */

struct sockaddr_in server = (AF_INET, 5000, INADDR_ANY);

В данном примере в качестве номера порта сервера взято число 5000. (Напомним, что этот номер должен быть заранее известен клиентским частям приложения.) Для задания IP-адреса в примере используется константа INADDR_ANY. Эта константа содержит IP-адрес «своего» хоста. Причем этот адрес хранится не в «человеческой» форме, представляющей собой 4 десятичных числа, разделенных точками, а в формате, ориентированном на системное использование.

Пример заполнения структуры сетевого адреса клиентской частью приложения:

/* Задание в клиенте адреса своего сокета */ struct sockaddr_in client = (AF_INET, INADDR_ANY, INADDR_ANY);

Обратим внимание, что вместо конкретного номера порта задана константа INADDR_ANY. Ее наличие сообщает ядру ОС о том, что в качестве номера порта ядро может назначить любой свободный номер.

Пример выполнения сервером операции связывания своего сокета с его адресом (связывание сокета клиентом производится аналогично):

#include <sys/types.h> #include <ctype.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h>

#define LEN sizeof(struct sockaddr_in) main()

{

int sock;

/* Задание в сервере адреса своего сокета */

struct sockaddr_in server = (AF_INET, 5000, INADDR_ANY);

. . . . . . . . . . . .

/* Связывание сокета сервера с его адресом */

if (bind(sock, (struct sockaddr *) &server, LEN) < 0)

{

printf(“ошибка связывания сокета с адресом\n”); exit(1);

}

. . . . . . . . . . . .

9.10.4. Прием и передача датаграмм

Напомним, что для того чтобы принять датаграмму из входного буфера своего сокета, программа процесса должна выполнить системный вызов recvfrom:

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

int recvfrom (int sockfd, void *msg, int len, int flags, struct sockaddr *address, int *ad_len)

где sockfd — номер своего сокета; msg — указатель на прикладной буфер, в который должна быть записана принимаемая информация; len — длина прикладного приемного буфера (в байтах); flags — флаги, задающие особые условия приема датаграммы. Если такие условия не требуются, то задается 0; address — указатель на структуру, содержащую адрес сокета-источника датаграммы; ad_len — указатель на целочисленную переменную, содержащую длину структуры, содержащей адрес сокета-источника датаграммы.

При правильном завершении вызов recvfrom возвращает в программу процесса число фактически полученных байтов полезной информации, а в случае ошибки — число (–1).

Примечание. Если адрес сокета-отправителя не нужен, в качестве предпоследнего параметра вызова следует записать NULL, а в качестве последнего параметра — 0.

Напомним, что для отправления своей датаграммы программа процесса должна выполнить системный вызов sendto:

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

int sendto(int sockfd, const void *msg, int len, int flags, const struct sockaddr *toaddr, int tolen);

где sockfd — номер своего сокета; msg — указатель на прикладной буфер, содержащий передаваемую информацию; len — длина передаваемой информации (в байтах); flags — флаги, задающие особые условия отправления датаграммы. Если такие условия не требуются, то задается 0; toaddr — указатель на структуру, содержащую адрес сокета назначения датаграммы; tolen — длина структуры, содержащей адрес сокета назначения.

Пример отправления датаграммы клиентом на сокет сервера:

#include <sys/types.h>