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

---

Параметр address_len задает длину адресной структуры клиента. Если адрес клиента длиннее, чем это значение, он будет урезан. Перед вызовом accept в параметре address_len должна быть задана ожидаемая длина адреса. По возвращении из вызова в address_len будет установлена реальная длина адресной структуры запрашивающего соединение клиента.

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 в файловом дескрипторе сокета с помощью вызова fcntl в вашей программе следующим образом:

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

fcntl(socket, F_SETFL, O_NONBLOCK | flags);

Функция accept возвращает файловый дескриптор нового сокета, если есть запрос клиента, ожидающего соединения, и -1 в случае ошибки. Возможные значения ошибок такие же, как у вызовов bind и listen плюс дополнительная константа EWOULDBLOCK в случае, когда задан флаг O_NONBLOCK и нет ждущих запросов на соединение. Ошибка EINTR возникнет, если процесс прерван во время блокировки в функции accept.

Запросы соединений

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, соединяется с сокетом сервера, заданным в параметре address, длина которого равна address_len. Сокет должен задаваться корректным файловым дескриптором, полученным из системного вызова socket.

Если функция connect завершается успешно, она возвращает 0, в случае ошибки вернется -1. Возможные ошибки на этот раз включают значения, перечисленные в табл. 15.3.

Таблица 15.3

Значение errno Описание EBADF В параметре socket задан неверный файловый дескриптор EALREADY Для этого сокета соединение уже обрабатывается ETIMEDOUT Допустимое время ожидания соединения превышено ECONNREFUSED Запрос на соединение отвергнут сервером

Если соединение не может быть установлено немедленно, вызов connect будет заблокирован на неопределенный период ожидания. Когда допустимое время ожидания будет превышено, соединение разорвется и вызов connect завершится аварийно. Однако, если вызов прерван сигналом, который обрабатывается, connect завершится аварийно (со значением errno, равным EINTR), но попытка соединения не будет прервана — соединение будет установлено асинхронно и программа должна будет позже проверить, успешно ли оно установлено.

Как и в случае вызова accept, возможность блокировки в вызове connect можно исключить установкой в файловом дескрипторе флага O_NONBLOCK. В этом случае, если соединение не может быть установлено немедленно, вызов connect завершится аварийно с переменной errno, равной EINPROGRESS, и соединение будет выполнено асинхронно.

Хотя асинхронные соединения трудно обрабатывать, вы можете применить вызов select к файловому дескриптору сокета, чтобы убедиться в том, что сокет готов к записи. Мы обсудим вызов select чуть позже в этой главе.

Закрытие сокета

Вы можете разорвать сокетное соединение в серверной или клиентской программах, вызвав функцию close, так же как в случае низкоуровневых файловых дескрипторов. Сокеты следует закрывать на обоих концах. На сервере это нужно делать, когда read вернет ноль. Имейте в виду, что вызов close может быть заблокирован, если сокет, у которого есть непереданные данные, обладает типом, ориентированным на соединение, и установленным параметром SOCK_LINGER. Дополнительную информацию об установке параметров сокета вы узнаете позже в этой главе.

Обмен данными с помощью сокетов

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, со стандартным IP-адресом 127.0.0.1. Это локальная машина. Ее адрес вы сможете найти в файле сетевых узлов etc/hosts наряду с именами и адресами других узлов, входящих в совместно используемые сети.

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.

Упражнение 15.3. Сетевой клиент

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 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 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.