Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

• Название: UNIX: разработка сетевых приложений
• Автор: Уильям Стивенс
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2007
• ISBN: 5-94723-991-4

Новое издание книги, посвященной созданию веб-серверов, клиент-серверных приложений или любого другого сетевого программного обеспечения в операционной системе UNIX, — классическое руководство по сетевым программным интерфейсам, в частности сокетам. Оно основано на трудах Уильяма Стивенса и полностью переработано и обновлено двумя ведущими экспертами по сетевому программированию. В книгу включено описание ключевых современных стандартов, реализаций и методов, она содержит большое количество иллюстрирующих примеров и может использоваться как учебник по программированию в сетях, так и в качестве справочника для опытных программистов.

---

Мы не уменьшаем значение переменной maxi, но могли бы проверять возможность сделать это каждый раз, когда клиент закрывает свое соединение.

Этот сервер сложнее, чем сервер, показанный в листингах 5.1 и 5.2, но он позволяет избежать затрат на создание нового процесса для каждого клиента, что является хорошим примером использования функции select. Тем не менее в разделе 15.6 мы опишем проблему, связанную с этим сервером, которая, однако, легко устраняется, если сделать прослушиваемый сокет неблокируемым, а затем проверить и проигнорировать несколько ошибок из функции accept.

Атака типа «отказ в обслуживании»

К сожалению, функционирование только что описанного сервера вызывает проблемы. Посмотрим, что произойдет, если некий клиент-злоумышленник соединится с сервером, отправит 1 байт данных (отличный от разделителя строк) и войдет в состояние ожидания. Сервер вызовет функцию readline, которая прочитает одиночный байт данных от клиента и заблокируется в следующем вызове функции read, ожидая следующих данных от клиента. Сервер блокируется (вернее, «подвешивается») этим клиентом и не может предоставить обслуживание никаким другим клиентам (ни новым клиентским соединениям, ни данным существующих клиентов), пока упомянутый клиент-злоумышленник не отправит символ перевода строки или не завершит свой процесс.

Дело в том, что обрабатывая множество клиентов, сервер никогда не должен блокироваться в вызове функции, относящейся к одному клиенту. В противном можно «подвесить» сервер, что приведет к отказу в обслуживании для всех остальных клиентов. Это называется атакой типа «отказ в обслуживании» (DoS attack — Denial of Service). Такая атака воздействует на сервер, делая невозможным обслуживание нормальных клиентов. Обезопасить себя от подобных атак позволяют следующие решения: использовать неблокируемый ввод-вывод (см. главу 16), предоставлять каждому клиенту обслуживание отдельным потоком (например, для каждого клиента порождать процесс или поток) или установить тайм-аут для ввода-вывода (см. раздел 14.2).

6.9. Функция pselect

Функция pselect была введена в POSIX и в настоящий момент поддерживается множеством версий Unix.

#include <sys/select.h>

#include <signal.h>

#include <time.h>

int pselect(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,

 const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask);

Возвращает: количество готовых дескрипторов, 0 в случае тайм-аута, -1 в случае ошибки

Функция pselect имеет два отличия от обычной функции select:

1. Функция pselect использует структуру timespec, нововведение стандарта реального времени POSIX, вместо структуры timeval.

struct timespec {

 time_t tv_sec; /* секунды */

 long tv_nsec;  /* наносекунды */

};

Эти структуры отличаются вторыми элементами: элемент tv_nsec новой структуры задает наносекунды, в то время как элемент tv_usec прежней структуры задает микросекунды.

2. В функции pselect добавляется шестой аргумент — указатель на маску сигналов. Это позволяет программе отключить доставку ряда сигналов, проверить какие-либо глобальные переменные, установленные обработчиками этих отключенных сигналов, а затем вызвать функцию pselect, сообщив ей, что нужно переустановить маску сигналов.

В отношении второго пункта рассмотрим следующий пример (описанный на с. 308–309 [110]). Обработчик сигнала нашей программы для сигнала SIGINT просто устанавливает глобальную переменную intr_flag и возвращает управление. Если наш процесс блокирован в вызове функции select, возвращение из обработчика сигнала заставляет функцию завершить работу, присвоив errno значение EINTR. Код вызова select выглядит следующим образом:

if (intr_flag)

 handle_intr(); /* обработка этого сигнала */

if ((nready = select(...)) < 0) {

 if (errno == EINTR) {

  if (intr_flag)

   handle_intr();

 }

 ...

}

Проблема заключается в том, что если сигнал придет в промежутке между проверкой переменной intr_flag и вызовом функции select, он будет потерян в том случае, если функция select заблокирует процесс навсегда. С помощью функции pselect мы можем переписать этот пример так, чтобы он работал более надежно:

sigset_t newmask, oldmask, zeromask;

sigemptyset(&zeromask);

sigemptyset(&newmask);

sigaddset(&newmask, SIGINT);

sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask); /* блокирование сигнала SIGINT */

if (intr_flag)

 handle_intr(); /* обработка этого сигнала */

if ((nready = pselect(..., &zeromask)) < 0) {

 if (errno == EINTR) {

  if (intr_flag)

  handle_intr();

 }

 ...

}

Перед проверкой переменной intr_flag мы блокируем сигнал SIGINT. Когда вызывается функция pselect, она заменяет маску сигналов процесса пустым набором (zeromask), а затем проверяет дескрипторы, возможно, переходя в состояние ожидания. Но когда функция pselect возвращает управление, маске сигналов процесса присваивается то значение, которое предшествовало вызову функции pselect (то есть сигнал SIGINT блокируется).

Мы поговорим о функции pselect более подробно и приведем ее пример в разделе 20.5. Функцию pselect мы используем в листинге 20.3, а в листинге 20.4 показываем простую, хотя и не вполне корректную реализацию этой функции.

ПРИМЕЧАНИЕ

Есть одно незначительное различие между функциями select и pselect. Первый элемент структуры timeval является целым числом типа long со знаком, в то время как первый элемент структуры timspec имеет тип time_t. Число типа long со знаком в первой функции также должно было относиться к типу time_t, но мы не меняли его тип, чтобы не разрушать существующего кода. Однако в новой функции это можно было бы сделать.

6.10. Функция poll

Функция poll появилась впервые в SVR3, и изначально ее применение ограничивалось потоковыми устройствами (STREAMS devices) (см. главу 31). В SVR4 это ограничение было снято, что позволило функции poll работать с любыми дескрипторами. Функция poll предоставляет функциональность, аналогичную функции select, но позволяет получать дополнительную информацию при работе с потоковыми устройствами.

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

Возвращает: количество готовых дескрипторов, 0 в случае тайм-аута, -1 в случае ошибки

Первый аргумент — это указатель на первый элемент массива структур. Каждый элемент массива — это структура pollfd, задающая условия, проверяемые для данного дескриптора fd.

struct pollfd {

 int fd;        /* дескриптор, который нужно проверить */

 short events;  /* события на дескрипторе, которые нас интересуют */

 short revents; /* события, произошедшие на дескрипторе fd */

};

Проверяемые условия задаются элементом events, и состояние этого дескриптора функция возвращает в соответствующем элементе revents. (Наличие двух переменных для каждого дескриптора, одна из которых — значение, а вторая — результат, дает возможность обойтись без аргументов типа «значение-результат». Вспомните, что три средних аргумента функции select имеют тип «значение-результат».) Каждый из двух элементов состоит из одного или более битов, задающих определенное условие. В табл. 6.2 перечислены константы, используемые для задания флага events и для проверки флага revents.

Таблица 6.2. Различные значения флагов events и revents для функции poll

Константа На входе (events) На выходе (revents) Описание POLLIN • • Можно считывать обычные или приоритетные данные POLLRDNORM • • Можно считывать обычные данные POLLRDBAND • • Можно считывать приоритетные данные POLLPRI • • Можно считывать данные с высоким приоритетом POLLOUT • • Можно записывать обычные данные POLLWRNORM • • Можно записывать обычные данные POLLWRBAND • • Можно записывать приоритетные данные POLLERR • Произошла ошибка POLLHUP • Произошел разрыв соединения POLLNVAL • Дескриптор не соответствует открытому файлу

Мы разделили эту таблицу на три части: первые четыре константы относятся ко вводу, следующие три — к выводу, а последние три — к ошибкам. Обратите внимание, что последние три константы не могут устанавливаться в элементе events, но всегда возвращаются в revents, когда выполняется соответствующее условие.