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.

---

■ Программа не работает со статическими HTML-страницами. Все страницы динамически генерируются модулями, каждый из которых вычисляет итоговую информацию о какой-либо характеристике системы.

■ Все модули подключаются к серверу динамически, загружаясь из совместно используемых библиотек. Их можно добавлять, удалять и заменять по ходу работы сервера.

■ Для каждого запроса на подключение сервер создает дочерний процесс. Это позволяет серверу продолжать реагировать на запросы, а также защищает его от ошибок в модулях.

■ Серверу не требуются привилегии суперпользователя (он не работает с привилегированным портом). Это ограничивает его в доступе к системной информации.

Программу сопровождают четыре модуля, в которых иллюстрируются методики сбора системной информации. В модуле time используется системный вызов gettimeofday(). В модуле issue применяются функции низкоуровневого ввода-вывода и системный вызов sendfile(). В модуле diskfree показано, как с помощью функций fork(), exec() и dup2() выполнять команды в дочерних процессах. В модуле processes продемонстрирована работа с файловой системой /proc.

11.1.1. Существующие ограничения

Программа обладает многими функциональными возможностями, которые ожидаются от полноценного приложения. В частности, она имеет средства анализа командной строки и проверки ошибок. Одновременно с этим она немного упрощений, так как нам хотелось сделать ее понятнее и сосредоточить внимание читателей на представленных в книге методиках. При анализе программного кода помните о следующих ограничениях.

■ Мы не пытались создать полноценную реализацию протокола HTTP. Воплощены лишь те его функции, которые достаточны для организации взаимодействия Web-сервера и клиентов. В реальных приложениях используются готовые реализации Web-сервера.[36]

■ Программа не претендует на полную совместимость со спецификациями HTML (http://www.w3.org/MarkUp/). Она генерирует простые HTML-страницы, которые могут обрабатываться популярными Web-броузерами.

■ Сервер не настроен на максимальную производительность или минимальное потребление ресурсов. В частности, мы сознательно опустили код сетевой настройки, обычно имеющийся у Web-сервера. Рассмотрение этой темы выходит за рамки нашей книги.

■ Мы не пытаемся регулировать объем ресурсов (число процессов, объем используемой памяти), потребляемых сервером или его модулями. Многие многозадачные Web-серверы обслуживают запросы посредством фиксированного пула процессов, а не создают новый дочерний процесс для каждого соединения.

■ Всякий раз, когда поступает запрос, сервер загружает библиотеку с модулем, которая немедленно выгружается по окончании обработки запроса. Эффективнее было бы кэшировать загруженные модули.

Протокол HTTP

Протокол HTTP (Hypertext Transport Protocol) используется для организации взаимодействия Web-клиентов и серверов. Клиент подключается к серверу, устанавливая соединение с заранее известным портом (обычно его номер — 80). Запросы и заголовки HTTP представляются в виде обычного текста.

Подключившись к серверу, клиент посылает запрос. Типичный запрос выглядит так: GET /page HTTP/1.0. Метод GET означает запрос на получение Web-страницы. Второй элемент — это путь к странице. В третьем элементе указан протокол и его версия. В последующих строках содержатся поля заголовка отформатированные наподобие заголовков почтовых сообщений. В них приведена дополнительная информация о клиенте. Заголовок оканчивается пустой строкой.

В ответ сервер сообщает результат обработки запроса. Типичный ответ таков: HTTP/1.0 200 OK. Первый элемент — это версия протокола. В следующих двух элементах описан результат. В данном случае код 200 означает успешное выполнение запроса. Далее идут поля заголовка, который, оканчивается пустой строкой. После заголовка сервер может передать произвольные данные.

Обычно сервер возвращает HTML-код Web-страницы. В рассматриваемом примера в заголовке ответа будет указано следующее: Content-type: text/html.

Спецификацию протокола HTTP можно получить по адресу http://www.w3.org/Protocols.

11.2. Реализация

Во всех более-менее сложных C-программах требуется тщательно продумать организацию, чтобы сохранить модульность и обеспечить удобство сопровождения. Наша демонстрационная программа разделена на четыре главных исходных файла.

В каждом исходном файле экспортируются функции и переменные, используемые в других частях программы. Для простоты все они объявлены в одном файле заголовков: server.h (листинг 11.1). Функции, применяемые в рамках только одного модуля, объявлены со спецификатором static и не включены в файл server.h.

Листинг 11.1. (server.h) Объявления функций и переменных

#ifndef SERVER_H

#define SERVER_H

#include <netinet/in.h>

#include <sys/types.h>

/*** Символические константы файла common.c. ********************/

/* Имя программы. */

extern const char* program_name;

/* Если не равна нулю, отображаются развернутые сообщения. */

extern int verbose;

/* Напоминает функцию malloc(), не прерывает работу программы,

   если выделить память не удалось. */

extern void* xmalloc(size_t size);

/* Напоминает функцию realloc(), но прерывает работу программы,

   если выделить память не удалось */

extern void* xrealloc(void* ptr, size_t size);

/* Напоминает функцию strdup(), но прерывает работу программы,

   если выделить память не удалось. */

extern char* xstrdup(const char* s);

/* Выводит сообщение об ошибке заданного системного вызова

   и завершает работу программы. */

extern void system_error(const char* operation);

/* Выводит сообщение об ошибке и завершает работу программы. */

extern void error(const char* cause, const char* message);

/* Возвращает имя каталога, содержащего исполняемый файл

   программы. Поскольку возвращается указатель на область памяти,

   вызывающая подпрограмма должна удалить ее с помощью

   функции free(). В случае неудачи выполнение программы

   завершается. */

extern char* get_self_executable_directory();

/*** Символические константы файла module.с *********************/

/* Экземпляр загруженного серверного модуля. */

struct server_module {

 /* Дескриптор библиотеки, в которой находится модуль. */

 void* handle;

 /* Описательное имя модуля. */

 const char* name;

 /* Функция, генерирующая HTML-код для модуля. */

 void (*generatе_function)(int);

};

/* Каталог, из которого загружаются модули. */

extern char* module_dir;

/* Функция, пытающаяся загрузить указанный серверный модуль.

   Если модуль существует, возвращается структура

   с его описанием, в противном случае возвращается NULL. */

extern struct server_module* module_open(const char* module_path);

/* Закрытие модуля и удаление объекта MODULE. */

extern void module_close(struct server_module* module);

/*** Символические константы файла server.c. ********************/

/* Запуск сервера по адресу LOCAL_ADDRESS и порту PORT. */

extern void server_run(struct in_addr local_address, uint16_t port);

#endif /* SERVER_H */

11.2.1. Общие функции

Файл common.c (листинг 11.2) содержит функции общего назначения, используемые в разных частях программы.

Листинг 11.2. (common.c) Функции общего назначения

#include <errno.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include "server.h"

const char* program_name;

int verbose;

void* xmalloc(size_t size) {

 void* ptr = malloc(size);

 /* Аварийное завершение, если выделить память не удалось. */

 if (ptr == NULL)

  abort();

 else

  return ptr;

}

void* xrealloc(void* ptr, size_t size) {

 ptr = realloc(ptr, size);

 /* Аварийное завершение, если выделить память не удалось. */

 if (ptr == NULL)

  abort();

 else

  return ptr;

}

char* xstrdup(const char* s) {

 char* copy = strdup(s);