Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений
9-13 Создается сокет TCP и структура адреса сокета заполняется IP-адресом сервера и номером порта. IP-адрес сервера мы берем из командной строки, а известный номер порта сервера (SERV_PORT) — из нашего заголовочного файла unp.h.
Соединение с сервером14-15 Функция connect устанавливает соединение с сервером. Затем функция str_cli (см. листинг 5.4) выполняет все необходимые действия со стороны клиента.
5.5. Эхо-клиент TCP: функция str_cli
Эта функция, показанная в листинге 5.4, обеспечивает отправку запроса клиента и прием ответа сервера в цикле. Функция считывает строку текста из стандартного потока ввода, отправляет ее серверу и считывает отраженный ответ сервера, после чего помещает отраженную строку в стандартный поток вывода.
Листинг 5.4. Функция str_cli: цикл формирования запроса клиента
//lib/str_cli.c
1 #include "unp.h"
2 void
3 str_cli(FILE *fp, int sockfd)
4 {
5 char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
6 while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {
7 Writen(sockfd,. sendline, strlen(sendline));
8 if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)
9 err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
10 Fputs(recvline, stdout);
11 }
12 }
Считывание строки, отправка серверу6-7 Функция fgets считывает строку текста, а функция writen отправляет эту строку серверу.
Считывание отраженной сервером строки, запись в стандартный поток вывода8-10 Функция readline принимает отраженную сервером строку, а функция fputs записывает ее в стандартный поток вывода.
Возврат в функцию main11-12 Цикл завершается, когда функция fgets возвращает пустой указатель, что означает достижение конца файла или обнаружение ошибки. Наша функция-обертка Fgets проверяет наличие ошибки, и если ошибка действительно произошла, прерывает выполнение программы. Таким образом, функция Fgets возвращает пустой указатель только при достижении конца файла.
5.6. Нормальный запуск
Наш небольшой пример использования TCP (около 150 строк кода для двух функций main, str_echo, str_cli, readline и writen) позволяет понять, как запускаются и завершаются клиент и сервер и, что наиболее важно, как развиваются события, если произошел сбой на узле клиента или в клиентском процессе, потеряна связь в сети и т.д. Только при понимании этих «граничных условий» и их взаимодействия с протоколами TCP/IP мы сможем обеспечить устойчивость клиентов и серверов, которые смогут справляться с подобными ситуациями.
Сначала мы запускаем сервер в фоновом режиме на узле linux.
linux % tcpserv01 &
[1] 17870
Когда сервер запускается, он вызывает функции socket, bind, listen и accept, а затем блокируется в вызове функции accept. (Мы еще не запустили клиент.) Перед тем, как запустить клиент, мы запускаем программу netstat, чтобы проверить состояние прослушиваемого сокета сервера.
linux % netstat -a
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
Здесь мы показываем только первую строку вывода и интересующую нас строку. Эта команда показывает состояние всех сокетов в системе, поэтому вывод может быть большим. Для просмотра прослушиваемых сокетов следует указать параметр -a.
Результат совпадает с нашими ожиданиями. Сокет находится в состоянии LISTEN, локальный IP-адрес задан с помощью символа подстановки (то есть является универсальным) и указан локальный порт 9877. Функция netstat выводит звездочку для нулевого IP-адреса (INADDR_ANY, универсальный адрес) или для нулевого порта.
Затем на том же узле мы запускаем клиент, задав IP-адрес сервера 127.0.0.1. Мы могли бы задать здесь и нормальный адрес сервера (его IP-адрес в сети).
linux % tcpcli01 127.0.0.1
Клиент вызывает функции socket и connect, последняя осуществляет трехэтапное рукопожатие TCP. Когда рукопожатие TCP завершается, функция connect возвращает управление процессу-клиенту, а функция accept — процессу-серверу. Соединение установлено. Затем выполняются следующие шаги:
1. Клиент вызывает функцию str_cli, которая блокируется в вызове функции fgets, поскольку мы еще ничего не ввели.
2. Когда функция accept возвращает управление процессу-серверу, последний вызывает функцию fork, а дочерний процесс вызывает функцию str_echo. Та вызывает функцию read, блокируемую в ожидании получения данных от клиента.
3. Родительский процесс сервера снова вызывает функцию accept и блокируется в ожидании подключения следующего клиента.
У нас имеется три процесса, и все они находятся в состоянии ожидания (блокированы): клиент, родительский процесс сервера и дочерний процесс сервера.
ПРИМЕЧАНИЕМы специально поставили первым пунктом (после завершения трехэтапного рукопожатия) вызов функции str_cli, происходящий на стороне клиента, а затем уже перечислили действия на стороне сервера. Причину объясняет рис. 2.5: функция connect возвращает управление, когда клиент получает второй сегмент рукопожатия. Однако функция accept не возвращает управление до тех пор, пока сервер не получит третий сегмент рукопожатия, то есть пока не пройдет половина периода RTT после завершения функции connect.
Мы намеренно запускаем и клиент, и сервер на одном узле — так проще всего экспериментировать с клиент-серверными приложениями. Поскольку клиент и сервер запущены на одном узле, функция netstat отображает теперь две дополнительные строки вывода, соответствующие соединению TCP:
linux % netstat -a
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 localhost:9877 localhost:42758 ESTABLISHED
tcp 0 0 localhost:42758 localhost:42758 ESTABLISHED
tcp 0 0 *:9877 *:* LISTEN
Первая из строк состояния ESTABLISHED соответствует дочернему сокету сервера, поскольку локальным портом является порт 9877. Вторая строка ESTABLISHED — это клиентский сокет, поскольку локальный порт — порт 42 758. Если мы запускаем клиент и сервер на разных узлах, на узле клиента будет отображаться только клиентский сокет, а на узле сервера — два серверных сокета.
Для проверки состояний процессов и отношений между ними можно также использовать команду ps:
linux % ps -t pts/6 -o pid,ppid,tty,stat,args,wchan
PID PPID TT STAT COMMAND WCHAN
22038 22036 pts/6 S -bash wait4
17870 22038 pts/6 S ./tcpserv01 wait_for_connect
19315 17870 pts/6 S ./tcpserv01 tcp_data_wait
19314 22038 pts/6 S ./tcpcli01 127.0.0.1 read_chan
Мы вызвали ps с несколько необычным набором аргументов для того, чтобы получить всю необходимую для дальнейшего обсуждения информацию. Мы запустили клиент и сервер из одного окна (pts/6, что означает псевдотерминал 6). В колонках PID и PPID показаны отношения между родительским и дочерним процессами. Можно точно сказать, что первая строка tcpserv01 соответствует родительскому процессу, а вторая строка tcpserv01 — дочернему, поскольку PPID дочернего процесса — это PID родительского. Кроме того, PPID родительского процесса совпадает с PID интерпретатора команд (bash).
Колонка STAT для всех трех сетевых процессов отмечена символом S. Это означает, что процессы находятся в состоянии ожидания (sleeping). Если процесс находится в состоянии ожидания, колонка WCHAN сообщит нам о том, чем он занят. В Linux значение wait_for_connect выводится, если процесс блокируется функцией accept или connect, значение tcp_data_wait — если процесс блокируется при вводе или выводе через сокет, a read_chan — если процесс блокируется при терминальном вводе-выводе. Так что для наших трех сетевых процессов значения WCHAN выглядят вполне осмысленно.
5.7. Нормальное завершение
На этом этапе соединение установлено, и все, что бы мы ни вводили на стороне клиента, отражается обратно.
linux % tcpcli01 127.0.0.1 эту строку мы показывали раньше
hello, world наш ввод
hello, world отраженная сервером строка
good bye
good bye
^D Ctrl+D - наш завершающий символ для обозначения конца файла
Мы вводим две строки, каждая из них отражается, затем мы вводим символ конца файла (EOF) Ctrl+D, который завершает работу клиента. Если мы сразу же выполним команду netstat, то увидим следующее:
