12. GNIAZDA BSD

Biblioteka funkcji związanych z gniazdami jest interfejsem programisty do
obsługi protokołów

komunikacyjnych. Została utworzona dla Unixa BSD, głównie w związku z
implementacją

protokołów rodziny TCP/IP. Gniazda umożliwiają komunikację zarówno między
procesami

umiejscowionymi w jednym komputerze (komunikację w dziedzinie Unixa), jak
i między procesami

w różnych komputerach (komunikację w dziedzinie Internetu). Z punktu
widzenia programisty

posługiwanie się funkcjami jest w obu przypadkach podobne - podstawowa
różnica związana jest

z adresowaniem gniazd.

W przypadku komunikacji w dziedzinie Unixa gniazda (podobnie, jak łącza
komunikacyjne) mogą

mieć nazwy i być uwidocznione w systemie plików, lub mogą być bezimienne
(nienazwane).

W przypadku komunikacji w dziedzinie Internetu gniazda są identyfikowane
poprzez adres IP

komputera oraz numer portu.

Gniazda umożliwiają łączność dwukierunkową (zarówno zapis, jak i odczyt
danych).

Biblioteka funkcji związanych z gniazdami została zaprojektowana pod kątem
tworzenia par programów

typu klient - serwer (w szczególności serwerów współbieżnych). Przesyłanie
informacji pomiędzy

klientem a serwerem może mieć charakter połączeniowy (analogia: rozmowa
telefoniczna) lub

bezpołączeniowy (analogia: wysyłanie telegramów). Abstrakcją transmisji
połączeniowej jest

strumień danych (zapewniający zachowanie kolejności przesyłanych informacji i
niezawodność ich

dostarczania). Abstrakcją transmisji bezpołączeniowej jest ciąg oddzielnych
pakietów informacji,

tak zwanych datagramów (o ograniczonej wielkości), które mogą wędrować
różnymi drogami,

docierać w zmienionej kolejności, a czasem ulegać zagubieniu lub zduplikowaniu.

klient

serwer

Protokół połączeniowy

klient

serwer

Protokół
bezpołączeniowy

Uwaga.

1) Protokół połączeniowy (szczególnie w przypadku połączenia między różnymi
komputerami) jest

wielokrotnie wolniejszy od bezpołączeniowego (potwierdzenia, sprawdzanie
sum kontrolnych ...).

2) W przypadku protokołu bezpołączeniowego programista musi sam
zabezpieczać swoje programy

przed skutkami jego zawodności.

3) Zawodność transmisji bezpołączeniowej objawia się zwykle tylko w przypadku
przesłań pomiędzy

oddzielnymi komputerami (i to nie w obrębie jednej sieci lokalnej).

Typowym przykładem protokołu połączeniowego jest TCP

(Transmission Control

Protocol)

, protokołu

bezpołączeniowego - UDP

(User Datagram Protocol)

, oba działające na bazie

(bezpołączeniowego)

protokołu niższego poziomu IP

(Internet Protocol)

.

Podstawowe funkcje operujące na gniazdach

Typowa kolejność wywoływania funkcji w przypadku transmisji połączeniowych i
bezpołączeniowych

(wg W.R. Stevensa):

serwer

socket
( );

bind
( );

listen
( );

accept (
);

read ( );

przetwarza
nie

danych

write
( );

klient

socket (
);

connect ( );

write ( );

read ( );

oczekiwanie na
uzys-

kanie połączenia

oczekiwanie na

wyniki

a) transmisja
połączeniowa

dane

wyniki

serwer

socket
( );

bind
( );

recvfrom (
);

przetwarza
nie

danych

sendto
( );

klient

socket (
);

bind ( );

sendto
( );

recvfrom
( );

oczekiwanie na

dane

oczekiwanie na

wyniki

b) transmisja
bezpołączeniowa

dane

wyniki

Gniazda zamykamy zwykle funkcją close( ) (tak, jak zwykłe pliki).

Istotnym problemem dla transmisji połączeniowej pomiędzy oddzielnymi
komputerami jest

synchronizacja pomiędzy zapisem (write) i odczytem (read). Problem ten nie
występuje dla połączeń

w dziedzinie Unixa, bo zapis i odczyt są wykonywane jako niepodzielne operacje
przez to samo jądro.

W przypadku połączenia w dziedzinie Internetu zwykle funkcja read wykonywana
jest w pętli aż do

upewnienia się przez program, że już wszystkie przekazywane dane zostały
przeczytane.

Uwaga.

Dla zapewnienia komunikacji przez gniazda procesów spokrewnionych zwykle
stosujemy funkcję

socketpair, która generuje deskryptory pary gniazd (podobnie, jak funkcja pipe) i
od razu ustala

pomiędzy nimi połączenie. Dalsze postępowanie wygląda również podobnie, jak w
przypadku łącz

nienazwanych (utworzenie procesów potomnych dziedziczących deskryptory,
zamykanie niepo-

trzebnych deskryptorów itd.).

int socketpair (int rodzina, int typ, int protokół, int deskr [2] );

Zwraca: 0 w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

rodzina - oznaczenie rodziny protokołów komunikacyjnych (w tym przypadku
może być tylko

PF_UNIX )

( uwaga: oznaczenie AF_UNIX jest

równoważne )

typ - oznaczenie typu gniazd: SOCK_STREAM (gniazdo strumieniowe)

lub SOCK_DGRAM (gniazdo datagramowe)

protokół - zwykle podajemy wartość 0, żeby system dobrał wartości domyślne
(TCP dla strumieni,

UDP dla datagramów)

deskr [2] - para deskryptorów gniazd (podobnie, jak dla pary łącz
nienazwanych)

Działanie: tworzy parę gniazd nienazwanych i w przypadku gniazd
strumieniowych otwiera

połączenie pomiędzy nimi.

int socket ( int rodzina, int typ, int protokół );

Zwraca: deskryptor gniazda w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

Znaczenie argumentów - takie samo, jak dla funkcji socketpair.

Działanie: tworzy gniazdo nienazwane podanego typu.

int bind (int deskryptor, struct sockaddr adres, int długość );

Zwraca: 0 w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

deskryptor - wartość zwrócona przez funkcję socket

adres - wskaźnik do struktury zawierającej adres gniazda (interpretacja
zawartości tej struktury

zależy od używanego protokołu)

długość - długość adresu gniazda (nie uwzględniając znaku pustego kończącego
łańcuch)

Działanie: robi z gniazda nienazwanego gniazdo nazwane (w przypadku
operowania w dziedzinie

Unixa umiejscawia je w strukturze plików, zaś w przypadku
operowania w dziedzinie

Internetu wiąże je z adresem IP danego komputera i numerem
portu).

Uwaga.

1) Nie ma potrzeby bezpośredniego wpisywania adresu IP własnego komputera
(można to zrobić

automatycznie).

2) Numer portu może być wpisany bezpośrednio (jest to wskazane w przypadku
serwera, którego

adres musi być ogólnie znany), lub wygenerowany automatycznie przez
wpisanie wartości 0

(jest to zwykle praktykowane w przypadku klienta).

int listen (int deskryptor, int rozmkolejki);

Zwraca: 0 w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

deskryptor - jak poprzednio

rozmkolejki - maksymalny rozmiar kolejki zgłoszeń klientów (typowa wartość
wynosi 5)

Działanie: tworzy kolejkę dla zgłoszeń klientów chcących połączyć się z danym
gniazdem.

Jeśli w którymś momencie kolejka przepełni się, klienci chcący nawiązać
połączenie będą

otrzymywali sygnał błędu.

int connect (int deskryptor, struct socksddr serwadres, int długość);

Zwraca: 0 w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

deskryptor - jak poprzednio

serwadres - wskaźnik do struktury zawierającej adres gniazda serwera (o postaci
zależnej od

używanego protokołu)

długość - długość adresu gniazda serwera

Działanie: spowodowanie (jeśli to możliwe) wpisania zgłoszenia klienta do kolejki
serwera,

a następnie nawiązanie połączenia pomiędzy gniazdem klienta a
gniazdem serwera.

int accept (int deskryptor, struct sockaddres kliadres, int długość);

Zwraca: nową wartość deskryptora gniazda w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

deskryptor - jak poprzednio

kliadres - wskaźnik do struktury, do której w wyniku wykonania funkcji zostanie
wpisany adres

gniazda klienta, którego żądanie połączenia oczekuje jako
najwcześniejsze w kolejce

długość - w wyniku wykonania funkcji zostaje tu wpisana długość adresu gniazda
klienta

Działanie: jeśli kolejka jest pusta, proces serwera zostaje zawieszony. Kiedy w
kolejce pojawią się

zgłoszenia, pobrane jest najwcześniejsze z nich, utworzone jest nowe
gniazdo serwera

i połączone jest z gniazdem klienta (którego adres gniazda i jego
długość są zwracane

przez drugi i trzeci argument funkcji).

int sendto (int deskryptor, char bufor, int wielkość, int flagi, strust sockaddr

adres, int długość);

Zwraca: liczbę faktycznie wysłanych bajtów w przypadku sukcesu;

-1n w przypadku błędu.

deskryptor - jak poprzednio

bufor - wskaźnik do bufora zawierającego dane do wysłania

wielkość - liczba bajtów danych

flagi - różne znaczenia (mogą na przykład nadać danym wyższy priorytet)

adres - wskaźnik do struktury zawierającej adres gniazda odbiorcy

długość - długość adresu gniazda odbiorcy

Działanie: wysyła porcję informacji zgromadzonej w buforze z gniazda o danym
deskryptorze do

gniazda o podanym adresie

int recvfrom (int deskryptor, char bufor, int wielkość, int flagi, struct sockaddr

adres, int długość);

Zwraca: liczbę faktycznie odebranych bajtów w przypadku sukcesu;

-1 w przypadku błędu.

deskryptor - jak poprzednio

bufor - wskaźnik do bufora przeznaczonego do przyjęcia danych

wielkość - rozmiar tego bufora

flagi - różne znaczenia (mogą na przykład spowodować skopiowanie zamiast
przeniesienia danych

do bufora)

adres - wskaźnik do struktury, do której w wyniku wykonania funkcji zostaje
wpisany adres gniazda

nadawcy

długość - wskaźnik do zmiennej, do której w wyniku działania funkcji zostaje
wpisana długość adresu

gniazda nadawcy

Działanie: zawiesza proces odbiorcy, jeśli nie ma żadnych danych do odebrania.
Jeśli są, pobiera do

bufora dane wysłane do gniazda o danym deskryptorze. Adres gniazda
nadawcy i jego

długość zostają zwrócone przez dwa ostatnie argumenty funkcji.