Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

   fprintf(stderr, "Server error, FIFO open failed\n");

  }

  return(0);

 }

 read_bytes = read(server_fd, rec_ptr, sizeof(*rec_ptr));

}

if (read_bytes == sizeof(*rec_ptr)) return_code = 1;

Сервер — это единственный процесс, способный одновременно обслуживать множество клиентов. Поскольку каждый клиент применяет свой канал для получения ответов, адресованных ему, сервер, для того чтобы отправить ответы разным клиентам, должен писать в разные каналы. Поскольку файловые дескрипторы — это ограниченный ресурс, сервер открывает клиентский канал для записи только тогда, когда у него есть данные для отправки.

В программном коде открытие клиентского канала, запись в него и закрытие канала разделены на три отдельные функции. Когда вы возвращаете многочисленные результаты поиска, такой подход необходим, для того чтобы можно было открыть канал один раз, записать в него множество ответов и затем снова закрыть канал.

Прокладка каналов

1. Сначала откройте канал клиента.

int start_resp_to_client(const message_db_t mess_to_send) {

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d :- start_resp_to_client()\n", getpid());

#endif

 (void)sprintf(client_pipe_name, CLIENT_PIPE,

  mess_to_send.client_pid);

 if ((client_fd = open(client_pipe_name, O_WRONLY)) == -1) return(0);

 return(1);

}

2. Все сообщения отправляются с помощью данной функции. Соответствующие клиентские функции, которые принимают сообщение, вы увидите позже.

int send_resp_to_client(const message_db_t mess_to_send) {

 int write_bytes;

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d :- send_resp_to_client()\n", getpid());

#endif

 if (client_fd == -1) return(0);

 write_bytes = write(client_fd, &mess_to_send, sizeof(mess_to_send));

 if (write_bytes != sizeof(mess_to_send)) return(0);

 return(1);

}

3. В заключение закройте клиентский канал.

void end resp_to_client(void) {

#if DEBUG_TFACE

 printf("%d :- end_resp_to_client()\n", getpid());

#endif

 if (client_fd != -1) {

  (void)close(сlient_fd);

  client_fd = -1;

 }

}

Функции на стороне клиента

Дополнение к серверу — клиентские функции в файле pipe_imp.c. Они очень похожи на серверные функции за исключением функции с интригующим именем send_mess_to_server.

Клиентские функции

1. После проверки доступности сервера функция client_starting инициализирует канал клиентской стороны.

int client_starting(void) {

#if DEBUG_TFACE

 printf("%d client_starting\n", getpid());

#endif

 mypid = getpid();

 if ((server_fd = open(SERVER_PIPE, O_WRONLY)) == -1) {

  fprintf(stderr, "Server not running\n");

  return(0);

 }

 (void)sprintf(client pipe name, CLIENT_PIPE, mypid);

 (void)unlink(client_pipe_name);

 if (mkfifo(client_pipe_name, 0777) == -1) {

  fprintf(stderr, "Unable to create client pipe %s\n", client_pipe_name);

  return(0);

 }

 return(1);

}

2. Функция client_ending закрывает файловые дескрипторы и удаляет ненужный теперь именованный канал.

void client_ending(void) {

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d client_ending()\n", getpid());

#endif

 if (client_write_fd != -1) (void)close(client_write_fd);

 if (client_fd != -1) (void)close(client_fd);

 if (server_fd != -1) (void)close(server_fd);

 (void)unlink(client_pipe_name);

}

3. Функция send_mess_to_server передает запрос через канал сервера.

int send_mess_to_server(message_db_t mess_to_send) {

 int write_bytes;

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d send_mess_to_server()\n", getpid());

#endif

 if (server_fd == -1) return(0);

 mess_to_send.client_pid = mypid;

 write_bytes = write(server_fd, &mess_to_send, sizeof(mess_to_send));

 if (write_bytes != sizeof(mess_to_send)) return(0);

 return(1);

}

Как и в серверных функциях, клиент получает назад результаты от сервера с помощью трех функций, обслуживающих множественные результаты поисков.

Получение результатов с сервера

1. Данная клиентская функция запускается для ожидания ответа сервера. Она открывает канал клиента только для чтения и затем повторно открывает файл канала только для записи. Чуть позже в этом разделе вы поймете почему.

int start_resp_from_server(void) {

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d :- start_resp_from_server()\n", getpid());

#endif

 if (client_pipe_name[0] == '\0') return(0);

 if (client_fd != -1) return(1);

 client_fd = open(client_pipe_name, O_RDONLY);

 if (client_fd != -1) {

  client_write_fd = open(client_pipe_name, O_WRONLY);

  if (client_write_fd != -1) return(1);

  (void)close(client_fd);

  client_fd = -1;

 }

 return(0);

}

2. Далее приведена основная операция read, которая получает с сервера совпадающие элементы базы данных.

int read_resp_from_server(message_db_t *rec_ptr) {

 int read_bytes;

 int return_code = 0;

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d :- reader_resp_from_server()\n", getpid());

 #endif

 if (!rec_ptr) return(0);

 if (client_fd = -1) return(0);

 read_bytes = read(client_fd, rec_ptr, sizeof(*rec_ptr));

 if (read_bytes = sizeof(*rec_ptr)) return_code = 1;

 return(return_code);

}

3. И в заключение приведена клиентская функция, помечающая конец ответа сервера.

void end_resp_from_server(void) {

#if DEBUG_TRACE

 printf("%d :- end_resp_from_server()\n", getpid());

#endif

 /* В реализации канала эта функция пустая */

}

Второй дополнительный вызов open канала клиента для записи в start_resp_from_server

client_write_fd = open(client_pipe_name, O_WRONLY);

применяется для защиты от ситуации гонок, когда серверу необходимо быстро откликаться на несколько запросов клиента,

Для того чтобы стало понятнее, рассмотрим такую последовательность событий:

1. Клиент пишет запрос к серверу.

2. Сервер читает запрос, открывает канал клиента и отправляет обратно ответ, но приостанавливает выполнение до того, как успеет закрыть канал клиента.

3. Клиент открывает канал для чтения, читает первый ответ и закрывает свой канал.

4. Далее клиент посылает новую команду и открывает клиентский канал для чтения.

5. Сервер возобновляет работу, закрывая свой конец клиентского канала.

К сожалению, в этот момент клиент пытается считать из канала ответ на свой следующий запрос, но read вернет 0 байтов, поскольку ни один процесс не открыл клиентский канал для записи.

Разрешив клиенту открыть канал как для чтения, так и для записи, и устранив тем самым необходимость повторного открытия канала, вы избежите подобной ситуации гонок. Учтите, что клиент никогда не пишет в канал, поэтому нет опасности считывания ошибочных данных.

Резюме, касающееся приложения

Вы разделили приложение, управляющее базой данных компакт-дисков, на клиентскую и серверную части, что позволило разрабатывать независимо пользовательский интерфейс и внутреннюю технологию работы с базой данных. Как видите, четко определенный интерфейс базы данных дает возможность каждому важному элементу приложения наилучшим образом использовать машинные ресурсы. Если пойти чуть дальше, можно было бы заменить реализацию с помощью каналов на сетевой вариант и применить выделенный компьютер для сервера базы данных. В главе 15 вы узнаете больше об организации сети.

Резюме

В этой главе вы рассмотрели передачу данных между процессами с помощью каналов. Сначала вы познакомились с неименованными каналами, которые создаются вызовом popen или pipe, и посмотрели, как, применяя канал и вызов dup, можно передать данные из одной программы в стандартный ввод другой. Далее вы перешли к именованным каналам и узнали, как можно передавать данные между несвязанными программами. В заключение вы реализовали простой пример клиент- серверного приложения, используя каналы FIFO для обеспечения не только синхронизации процессов, но и организации двунаправленного потока данных. 

Глава 14 Семафоры, совместно используемая память и очереди сообщений

В этой главе мы обсудим набор средств, обеспечивающих взаимодействие процессов и первоначально введенных в версии ОС UNIX AT&T System V.2. Поскольку все эти средства появились в одном выпуске системы и обладают одинаковым программным интерфейсом, их часто называют средствами IPC (Inter-Process Communication, взаимодействие между процессами) или более полно System V IPC. Как вы уже видели, это далеко не единственный способ установления связи между процессами, но термин "System V IPC" обычно применяется для обозначения именно этих конкретных средств.

В данной главе мы рассмотрим следующие темы:

□ семафоры для управления доступом к ресурсам;

□ совместно используемая память для эффективного использования общих данных разными программами;