Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений
linux % netstat -а | grep 9877
tcp 0 0 *:9877 *:*
tcp 0 0 local host:42758 localhost:9877
Клиентская часть соединения (локальный порт 42 758) входит в состояние TIME_WAIT (см. раздел 2.6), и прослушивающий сервер все еще ждет подключения другого клиента. (В этот раз мы передаем вывод netstat программе grep, чтобы вывести только строки с заранее известным портом нашего сервера. Но при этом также удаляется строка заголовка.)
Перечислим этапы нормального завершения работы нашего клиента и сервера.
1. Когда мы набираем символ EOF, функция fgets возвращает пустой указатель, и функция str_cli возвращает управление (см. листинг 5.4).
2. Когда функция str_cli возвращает управление клиентской функции main (см. листинг 5.3), последняя завершает работу, вызывая функцию exit.
3. При завершении процесса выполняется закрытие всех открытых дескрипторов, так что клиентский сокет закрывается ядром. При этом серверу посылается сегмент FIN, на который TCP сервера отвечает сегментом ACK. Это первая половина последовательности завершения работы соединения TCP. На этом этапе сокет сервера находится в состоянии CLOSE_WAIT, а клиентский сокет — в состоянии FIN_WAIT_2 (см. рис. 2.4 и 2.5).
4. Когда TCP сервера получает сегмент FIN, дочерний процесс сервера находится в состоянии ожидания в вызове функции read (см. листинг 5.2), а затем функция read возвращает нуль. Это заставляет функцию str_echo вернуть управление функции main дочернего процесса сервера.
5. Дочерний процесс сервера завершается с помощью вызова функции exit (см. листинг 5.1).
6. Все открытые дескрипторы в дочернем процессе сервера закрываются. Закрытие присоединенного сокета дочерним процессом вызывает отправку двух последних сегментов завершения соединения TCP: FIN от сервера клиенту и ACK от клиента (см. рис. 2.5). На этом этапе соединение полностью завершается. Клиентский сокет входит в состояние TIME_WAIT.
7. Другая часть завершения процесса относится к сигналу SIGCHLD. Он отправляется родительскому процессу, когда завершается дочерний процесс. Это происходит и в нашем примере, но мы не перехватываем данный сигнал в коде, и по умолчанию он игнорируется. Дочерний процесс входит в состояние зомби (zombie). Мы можем проверить это с помощью команды 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 read_chan
17870 22038 pts/6 S ./tcpserv01 wait_for_connect
19315 17870 pts/6 Z [tcpserv01 <defu do_exit
Теперь дочерний процесс находится в состоянии Z (зомби).
Процессы-зомби нужно своевременно удалять, а это требует работы с сигналами Unix. Поэтому в следующем разделе мы сделаем обзор управления сигналами, а затем продолжим рассмотрение нашего примера.
5.8. Обработка сигналов POSIX
Сигнал — это уведомление процесса о том, что произошло некое событие. Иногда сигналы называют программными прерываниями (software interrupts). Подразумевается, что процесс не знает заранее о том, когда придет сигнал.
Сигналы могут посылаться в следующих направлениях:
■ одним процессом другому процессу (или самому себе);
■ ядром процессу.
Сигнал SIGCHLD, упомянутый в конце предыдущего раздела, ядро посылает родительскому процессу при завершении дочернего.
Для каждого сигнала существует определенное действие (action или disposition — характер). Действие, соответствующее сигналу, задается с помощью вызова функции sigaction (ее описание следует далее) и может быть выбрано тремя способами:
1. Мы можем предоставить функцию, которая вызывается при перехвате определенного сигнала. Эта функция называется обработчиком сигнала (signal handler), а действие называется перехватыванием сигнала (catching). Сигналы SIGKILL и SIGSTOP перехватить нельзя. Наша функция вызывается с одним целочисленным аргументом, который является номером сигнала, и ничего не возвращает. Следовательно, прототип этой функции имеет вид:
void handler(int signo);
Для большинства сигналов вызов функции sigaction и задание функции, вызываемой при получении сигнала, — это все, что требуется для обработки сигнала. Но дальше вы увидите, что для перехватывания некоторых сигналов, в частности SIGIO, SIGPOLL и SIGURG, требуются дополнительные действия со стороны процесса.
2. Мы можем игнорировать сигнал, если действие задать как SIG_IGN. Сигналы SIGKILL и SIGSTOP не могут быть проигнорированы.
3. Мы можем установить действие для сигнала по умолчанию, задав его как SIG_DFL. Действие сигнала по умолчанию обычно заключается в завершении процесса по получении сигнала, а некоторые сигналы генерируют копию области памяти процесса в его текущем каталоге (так называемый дамп — core dump). Есть несколько сигналов, для которых действием по умолчанию является игнорирование. Например, SIGCHLD и SIGURG (посылается по получении внеполосных данных, см. главу 24) — это два сигнала, игнорируемых по умолчанию, с которыми мы встретимся в тексте.
Функция signal
Согласно POSIX, чтобы определить действие для сигнала, нужно вызвать функцию sigaction. Однако это достаточно сложно, поскольку один аргумент этой функции — это структура, для которой необходимо выделение памяти и заполнение. Поэтому проще задать действие сигнала с помощью функции signal. Первый ее аргумент — это имя сигнала, а второй — либо указатель на функцию, либо одна из констант SIG_IGN и SIG_DFL. Но функция signal существовала еще до появления POSIX.1, и ее различные реализации имеют разную семантику сигналов с целью обеспечения обратной совместимости. В то же время POSIX четко диктует семантику при вызове функции sigaction. Это обеспечивает простой интерфейс с соблюдением семантики POSIX. Мы включили эту функцию в нашу собственную библиотеку вместе функциями err_XXX и функциями-обертками, которые мы используем для построения всех наших программ. Она представлена в листинге 5.5. Функция-обертка Signal здесь не показана, потому что ее вид не зависит от того, какую именно функцию signal она должна вызывать.
Листинг 5.5. Функция signal, вызывающая функцию POSIX sigaction
//lib/signal.c
1 #include "unp.h"
2 Sigfunc*
3 signal(int signo, Sigfunc *func)
4 {
5 struct sigaction act, oact;
6 act.sa_handler = func;
7 sigemptyset(&act.sa_mask);
8 act.sa_flags = 0;
9 if (signo == SIGALRM) {
10 #ifdef SA_INTERRUPT
11 act.sa_flags |= SA_INTERRUPT; /* SunOS 4.x */
12 #endif
13 } else {
14 #ifdef SA_RESTART
15 act.sa_flags |= SA_RESTART; /* SVR4, 44BSD */
16 #endif
17 }
18 if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
19 return (SIG_ERR);
20 return (oact.sa_handler);
21 }
Упрощение прототипа функции при использовании typedef2-3 Обычный прототип для функции signal усложняется наличием вложенных скобок:
void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);
Чтобы упростить эту запись, мы определяем тип Sigfunc в нашем заголовочном файле unp.h следующим образом:
typedef void Sigfunc(int);
указывая тем самым, что обработчики сигналов — это функции с целочисленным аргументом, ничего не возвращающие (void). Тогда прототип функции выглядит следующим образом:
Sigfunc *signal(int signo, Sigfunc *func);
Указатель на функцию, являющуюся обработчиком сигнала, — это второй аргумент функции и в то же время возвращаемое функцией значение.
Установка обработчика6 Элемент sa_handler структуры sigaction устанавливается равным аргументу func функции signal.
Установка маски сигнала для обработчика7 POSIX позволяет нам задавать набор сигналов, которые будут блокированы при вызове обработчика сигналов. Любой блокируемый сигнал не может быть доставлен процессу. Мы устанавливаем элемент sa_mask равным пустому набору. Это означает, что во время работы обработчика дополнительные сигналы не блокируются. POSIX гарантирует, что перехватываемый сигнал всегда блокирован, пока выполняется его обработчик.
Установка флага SA_RESTART8-17 Флаг SA_RESTART не является обязательным, и если он установлен, то системный вызов, прерываемый этим сигналом, будет автоматически снова выполнен ядром. (В продолжении нашего примера мы более подробно поговорим о прерванных системных вызовах.) Если перехватываемый сигнал не является сигналом SIGALRM, мы задаем флаг SA_RESTART, если таковой определен. (Причина, по которой сигнал SIGALRM обрабатывается отдельно, состоит в том, что обычно цель его генерации - ввести ограничение по времени в операцию ввода-вывода, как показано в листинге 14.2. В этом случае мы хотим, чтобы блокированный системный вызов был прерван сигналом.) Более ранние системы, особенно SunOS 4.x, автоматически перезапускают прерванный системный вызов по умолчанию и затем определяют флаг SA_INTERRUPT. Если этот флаг задан, мы устанавливаем его при перехвате сигнала SIGALRM.
