Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

• Название: Программирование для Linux. Профессиональный подход
• Автор: Марк Митчелл
• Издательство: Вильямс
• Жанр: Программирование
• Год: 2002
• ISBN: 5-8459-0243-6

Данная книга в основном посвящена программированию в среде GNU/Linux. Авторы применяют обучающий подход, последовательно излагая самые важные концепции и методики использования расширенных возможностей системы GNU/Linux в прикладных программах. Читатели научатся писать программы, к интерфейсу которых привыкли пользователи Linux; освоят такие технологии, как многозадачность, многопотоковое программирование, межзадачное взаимодействие и взаимодействие с аппаратными устройствами; смогут улучшить свои программы, сделав их быстрее, надежнее и безопаснее; поймут особенности системы GNU/Linux, ее ограничения, дополнительные возможности и специфические соглашения.

Книга предназначена для программистов, уже знакомых с языком С и имеющих базовый опыт работы в GNU/Linux.

---

% ./socket-client /tmp/socket "Hello, world."

% ./socket-client /tmp/socket "This is a test."

Сервер получит и отобразит эти сообщения. Чтобы закрыть сервер, пошлите ему сообщение "quit":

% ./socket-client /tmp/socket "quit"

5.5.6. Internet-сокеты

UNIX-сокеты используются для организации взаимодействия двух процессов, выполняющихся на одном компьютере. С другой стороны. Internet-сокеты позволяют соединять между собой процессы, работающие на разных компьютерах.

Пространству имен Internet соответствует константа PF_INET. Internet-сокеты чаще всего работают по протоколам TCP/IP. Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за низкоуровневую доставку сообщений, осуществляя при необходимости их разбивку на пакеты и последующую компоновку. Доставка пакетов не гарантируется, поэтому они могут исчезать или приходить в неправильном порядке. Каждый компьютер в сети имеет свой IP-адрес. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) функционирует поверх протокола IP и обеспечивает надежную доставку сообщений, ориентированную на установление соединений.

DNS-имена

Легче запоминать имена а не числа, поэтому служба DNS (Domain Name Service) закрепляет за IP-адресами доменные имена вида www.codesourcery.com. Служба DNS организована в виде всемирной иерархии серверов имен. Чтобы использовать доменные имена в программах, нет необходимости разбираться в протоколах DNS

Адрес Internet-сокета состоит из двух частей: адреса компьютера и номера порта. Эта информация хранится в структуре типа sockaddr_in. В поле sin_family необходимо записать константу AF_INET, указывающую на то, что адрес принадлежит пространству имен Internet. В поле sin_addr хранится IP-адрес компьютера в виде 32-разрядного целого числа. Благодаря номерам портов можно различать сокеты, создаваемые на одном компьютере. В разных системах многобайтовые значения могут храниться с разным порядком следования байтов, поэтому с помощью функции htons() необходимо преобразовать номер порта в число с сетевым порядком следования байтов.

Функция gethostbyname() преобразует адрес компьютера из текстового представления — стандартного точечного (например, 10.10.10.1) или доменного (например, www.codesourcery.com) — во внутреннее 32-разрядное. Функция возвращает указатель на структуру типа hostent. IP-адрес находится в ее поле h_addr.

Программа, представленная в листинге 5.12, иллюстрирует работу с Internet-сокетами. Программа запрашивает начальную страницу у Web-сервера, адрес которого указан в командной строке.

Листинг 5.12. (socket-inet.c) Чтение страницы с Web-сервера

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netdb.h>

#include <sys/socket.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

/* Отображение содержимого Web-страницы, полученной из

   серверного сокета. */

void get_home_page(int socket_fd) {

 char buffer[10000];

 ssize_t number_characters_read;

 /* Отправка HTTP-команды GET с запросом начальной страницы. */

 sprintf(buffer, "GET /\n");

 write(socket_fd, buffer, strlen(buffer));

 /* Чтение данных из сокета. Функция read() может вернуть

    не все данные сразу, поэтому продолжаем чтение, пока

    не будут получены все данные. */

 while (1) {

  number_characters_read = read(socket_fd, buffer, 10000);

  if (number_characters_read == 0)

   return;

  /* Запись данных в стандартный выходной поток. */

  fwrite(buffer, sizeof(char), number_characters_read, stdout);

 }

}

int main(int argc, char* const argv[]) {

 int socket_fd;

 struct sockaddr_in name;

 struct hostent* hostinfo;

 /* Создание сокета. */

 socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 /* Запись имени сервера в адресную структуру. */

 name.sin_family = AF_INET;

 /* Преобразование адреса из текстового представления во

    внутреннюю форму. */

 hostinfo = gethostbyname(argv[1]);

 if (hostinfo == NULL)

  return 1;

 else

  name sin_addr = *((struct in_addr*)hostinfo->h_addr);

 /* Web-серверы используют порт 80. */

 name.sin_port = htons(80);

 /* Подключаемся к Web-серверу. */

 if (connect(socket_fd, &name,

  sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) {

  perror("connect");

  return 1;

 }

 /* получаем содержимое начальной страницы сервера. */

 get_home_page(socket_fd);

 return 0;

}

Программа извлекает имя Web-сервера из командной строки (имя не является URL-адресом, т.е. в нем отсутствует префикс http://). Далее вызывается функция gethostbyname(), которая преобразует имя сервера в числовое представление. После этого программа подключает потоковый (TCP) сокет к порту 80 сервера. Web-серверы общаются по протоколу HTTP (Hypertext Transfer Protocol), поэтому программа посылает HTTP-команду GET, в ответ на которую сервер возвращает текст начальной страницы.

Стандартные номера портов

По существующему соглашению Web-серверы ожидают поступления запросов на порт 80. За большинством lntemet-сервисов закреплены стандартные номера портов. Например, защищенные Web-серверы работающие по протоколу SSL. прослушивают порт 443 а почтовые серверы (протокол SMTP) прослушивают порт 25

В Linux связи между именами протоколов/сервисов и номерами портов устанавливаются в файле /etc/services. В первой колонке файла указано имя протокола или сервисе. Во второй колонке приведен номер порта и тип взаимодействия: tcp — для сервисов ориентированных на соединения, и udp — для дейтаграмм.

При реализации собственных сетевых сервисов используйте номере портов, большие чем 1024

Например, чтобы получить начальную страницу с сервера www.codesourcery.com, введите следующую команду:

% ./socket-inet www.codesourcery.com

<html>

 <meta http-equiv="Content-Type"

  content="text/html; charset=iso-8859-1">

...

5.5.7. Пары сокетов

Как было показано выше, функция pipe() создает два дескриптора для входного и выходного концов канала. Возможности каналов ограничены, так как с файловыми дескрипторами должны работать связанные процессы и данные через канал передаются только в одном направлении. Функция socketpair() создает два дескриптора для двух связанных сокетов, находящихся на одном компьютере. С помощью этих дескрипторов можно организовать двунаправленное взаимодействие процессов.

Первые три параметра функции socketpair() такие же, как и в функции socket(): пространство имен (должно быть PF_LOCAL), тип взаимодействия и протокол. Последний параметр — это массив из двух целых чисел, куда будут записаны дескрипторы сокетов, подобно функции pipe().

Часть II Секреты Linux

Глава 6 Устройства

Linux, как и большинство операционных систем, взаимодействует с аппаратными устройствами посредством модульных программных компонентов, называемых драйверами. Драйвер скрывает от операционной системы детали взаимодействия с устройством и предоставляет в распоряжение системы стандартный интерфейс обращения к устройству.

В Linux драйверы устройств являются частью ядра и могут подключаться к ядру статически либо по запросу в виде модулей. Драйверы недоступны напрямую пользовательским процессам. Но в Linux имеется особый механизм — специальные файловые объекты, позволяющие процессам взаимодействовать с драйверами, а через них — с аппаратными устройствами. Такие объекты являются частью операционной системы, поэтому программы могут открывать их, читать из них данные и осуществлять запись в них точно так же, как если бы это быта обычные файлы. С помощью низкоуровневых вызовов (описаны в приложении Б, "Низкоуровневый ввод-вывод") или стандартных библиотечных функций ввода-вывода программы могут обмениваться данными с устройствами через файловые объекты

В Linux есть также ряд файловых объектов, предназначенных для доступа к ядру, а не к драйверам устройств. Такие объекты не связаны с аппаратными устройствами. Они реализуют специальные функции, используемые приложениями и системными программами.

Будьте осторожны при доступе к устройствам!

Описанные в этой главе методики позволяют непосредственно взаимодействовать с драйверами устройств, работающими в ядра Linux, а через них — с аппаратными устройствами, подключенными к системе. Применить эти методики следует осторожно, чтобы не нарушить работоспособность системы

6.1. Типы устройств