Книга «Linux API. Исчерпывающее руководство»26.11.2020 16:30

В этой главе мы обсудим основы проектирования итерационных и параллельных серверов, а также рассмотрим специальный демон inetd, который облегчает создание серверных интернет-приложений.

Итерационные и параллельные серверы

Существуют две распространенные архитектуры сетевых серверов на основе сокетов:

• итерационная: сервер обслуживает клиентов по одному, сначала обрабатывая запрос (или несколько запросов) одного клиента и затем переходя к следующему;

• параллельная: сервер спроектирован для обслуживания нескольких клиентов одновременно.

В разделе 44.8 уже был представлен пример итерационного сервера на основе очередей FIFO.

Итерационные серверы обычно подходят только в ситуациях, когда клиентские запросы можно обработать достаточно быстро, так как каждый клиент вынужден ждать, пока не обслужат любых других клиентов, находящихся перед ним. Обычным сценарием использования этого подхода является обмен единичными запросами и ответами между клиентом и сервером.

Параллельные серверы подходят в случаях, когда на обработку каждого запроса уходит значительное количество времени или клиент и сервер выполняют длительный обмен сообщениями. В данной главе мы в основном сосредоточимся на традиционном (и наиболее простом) способе проектирования параллельных серверов, который состоит в создании отдельного дочернего процесса для каждого нового клиента. Такой процесс выполняет всю работу по обслуживанию клиента, после чего завершается. Поскольку каждый из этих процессов функционирует независимо, можно обслуживать несколько клиентов одновременно. Основная задача главного серверного процесса (родителя) заключается в создании отдельного потомка для каждого нового клиента (как вариант, вместо процессов можно создавать потоки выполнения).

В следующих разделах мы рассмотрим примеры итерационного и параллельного серверов на основе сокетов интернет-домена. Эти два сервера реализуют упрощенный вариант службы echo (RFC 862), которая возвращает копию любого сообщения, посланного ей клиентом.

Итерационный UDP-сервер echo

В этом и следующем разделе мы представим серверы для службы echo. Она доступна на порте с номером 7 и работает как по UDP, так и по TCP (данный порт зарезервирован, в связи с чем сервер echo необходимо запускать с привилегиями администратора).

UDP-сервер echo постоянно считывает датаграммы и возвращает отправителю их копии. Поскольку серверу нужно обрабатывать только одно сообщение за раз, здесь будет достаточно итерационной архитектуры. Заголовочный файл для серверов показан в листинге 56.1.

Листинг 56.1. Заголовочный файл для программ id_echo_sv.c и id_echo_cl.c

#include "inet_sockets.h" /* Объявляет функции нашего сокета */
#include "tlpi_hdr.h"

#define SERVICE "echo" /* Имя UDP-службы */

#define BUF_SIZE 500 /* Максимальный размер датаграмм, которые
могут быть прочитаны клиентом и сервером */
____________________________________________________________________sockets/id_echo.h 

В листинге 56.2 представлена реализация сервера. Стоит отметить следующие моменты:

• для перевода сервера в режим демона мы задействуем функцию becomeDaemon () из раздела 37.2;

• чтобы сделать программу более компактной, мы используем библиотеку для работы с сокетами интернет-домена, разработанную в разделе 55.12;

• если сервер не может вернуть ответ клиенту, то записывает сообщение в журнал, применяя вызов syslog ().

В реальном приложении мы бы, скорее всего, ввели определенное ограничение на частоту записи сообщений с помощью syslog (). Это исключило бы возможность переполнения системного журнала злоумышленником. К тому же не стоит забывать, что каждый вызов syslog () довольно затратный, так как по умолчанию использует fsync ().

Листинг 56.2. Итерационный сервер, который реализует UDP-службу echo

_________________________________________________________________sockets/id_echo_sv.c
#include 
#include "id_echo.h"
#include "become_daemon.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
   int sfd;
   ssize_t numRead;
   socklen_t len;
   struct sockaddr_storage claddr;
   char buf[BUF_SIZE];
   char addrStr[IS_ADDR_STR_LEN];

   if (becomeDaemon(0) == -1)
       errExit("becomeDaemon");

   sfd = inetBind(SERVICE, SOCK_DGRAM, NULL);
   if (sfd == -1) {
      syslog(LOG_ERR, "Could not create server socket (%s)",
         strerror(errno));
      exit(EXIT_FAILURE);

   /* Получаем датаграммы и возвращаем отправителям их копии */
   }
   for (;;) {
      len = sizeof(struct sockaddr_storage);
       numRead = recvfrom(sfd, buf, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr *) &claddr, &len);

       if (numRead == -1)
           errExit("recvfrom");
       if (sendto(sfd, buf, numRead, 0, (struct sockaddr *) &claddr, len)
            != numRead)
          syslog(LOG_WARNING, "Error echoing response to %s (%s)",
            inetAddressStr((struct sockaddr *) &claddr, len,
                addrStr, IS_ADDR_STR_LEN),
             strerror(errno));
   }
}
_________________________________________________________________sockets/id_echo_sv.c

Для проверки работы сервера мы используем программу из листинга 56.3. В ней тоже применяется библиотека для работы с сокетами интернет-домена, разработанная в разделе 55.12. В качестве первого аргумента командной строки клиентская программа принимает имя сетевого узла, на котором находится сервер. Клиент входит в цикл, где отправляет серверу каждый из оставшихся аргументов в виде отдельных датаграмм, а затем считывает и выводит датаграммы, полученные от сервера в ответ.

Листинг 56.3. Клиент для UDP-службы echo

#include "id_echo.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
   int sfd, j;
   size_t len;
   ssize_t numRead;
   char buf[BUF_SIZE];

   if (argc < 2 || strcmp(argv[1], "--help") == 0)
      usageErr("%s host msg...\n", argv[0]);

   /* Формируем адрес сервера на основе первого аргумента командной строки */
   sfd = inetConnect(argv[1], SERVICE, SOCK_DGRAM);
   if (sfd == -1)
      fatal("Could not connect to server socket");

   /* Посылаем серверу остальные аргументы в виде отдельных датаграмм */
   for (j = 2; j < argc; j++) {
      len = strlen(argv[j]);
      if (write(sfd, argv[j], len) != len)
         fatal("partial/failed write");

      numRead = read(sfd, buf, BUF_SIZE);
      if (numRead == -1)
         errExit("read");
      printf("[%ld bytes] %.*s\n", (long) numRead, (int) numRead, buf);
   }
   exit(EXIT_SUCCESS);
}
_________________________________________________________________sockets/id_echo_cl.c

Ниже показан пример того, что мы увидим при запуске сервера и двух экземпляров клиента:

$ su              // Для привязки к зарезервированному порту нужны привилегии
Password:
# ./id_echo_sv    // Сервер переходит в фоновый режим
# exit            // Отказываемся от прав администратора
$ ./id_echo_cl localhost hello world  // Этот клиент отправляет две датаграммы
[5 bytes] hello                       // Клиент выводит ответ, полученный от сервера
[5 bytes] world
$ ./id_echo_cl localhost goodbye      // Этот клиент шлет одну датаграмму
[7 bytes] goodbye