筑波大学 システム情報工学研究科
コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系
新城 靖
<yas@is.tsukuba.ac.jp>
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2007/
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/
echo-server-select.cでは、１つのプロセスで実行している。
1:
2: /*
3: echo-server-select.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(select版)
4: ~yas/syspro/ipc/echo-server-select.c
5: Created on 1997/06/09 19:53:33
6: */
7: #include <stdio.h>
8: #include <stdlib.h> /* exit() */
9: #include <sys/types.h> /* socket(), time(), select() */
10: #include <sys/socket.h> /* socket() */
11: #include <netinet/in.h> /* struct sockaddr_in */
12: #include <sys/time.h> /* select() */
13: #include <unistd.h> /* select() */
14: #include <netdb.h> /* getnameinfo() */
15: #include <string.h> /* memset() */
16:
17: extern void echo_server( int portno );
18: extern void echo_reply_select( int com );
19: extern int find_maxfds( fd_set *fds );
20: extern int echo_reply_once( int com );
21: extern void print_my_host_port( int portno );
22: extern void tcp_peeraddr_print( int com );
23: extern void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len );
24: extern tcp_acc_port( int portno );
25: extern ssize_t writen(int fd, const void *vptr, size_t n);
26: extern ssize_t readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen);
27:
28: main( int argc, char *argv[] )
29: {
30: int portno ;
31: if( argc >= 3 )
32: {
33: fprintf( stdout,"Usage: %s [portno] \n",argv[0] );
34: exit( -1 );
35: }
36: if( argc == 2 )
37: portno = strtol( argv[1],0,10 );
38: else
39: portno = getuid();
40: echo_reply_select( portno );
41: }
42:
main() 関数の部分は、fork版 とほと
んど同じである。
43: void
44: echo_reply_select( int portno )
45: {
46: int acc,com ;
47: fd_set readfds,readfds_save ;
48: int i,n, maxfds, next_maxfds ;
49:
50: acc = tcp_acc_port( portno );
51: if( acc<0 )
52: exit( -1 );
53: print_my_host_port( portno );
54:
55: FD_ZERO( &readfds_save );
56: FD_SET( acc,&readfds_save );
57: maxfds = next_maxfds = acc + 1;
58: while( 1 )
59: {
60: readfds = readfds_save ;
61: n = select( maxfds,&readfds,0,0,0 );
62: if( n <= 0 )
63: {
64: perror("select");
65: exit( 1 );
66: }
67: if( FD_ISSET(acc,&readfds) )
68: {
69: FD_CLR( acc,&readfds );
70: if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
71: {
72: perror("accept");
73: exit( -1 );
74: }
75: FD_SET( com, &readfds_save );
76: if( com+1 > maxfds )
77: {
78: next_maxfds = com+1;
79: }
80: tcp_peeraddr_print( com );
81: }
82: for( i=0 ; i<maxfds ; i++ )
83: {
84: if( FD_ISSET(i,&readfds) )
85: {
86: if( echo_reply_once( i )<=0 )
87: {
88: printf("[%d] connection (fd==%d) closed.\n",getpid(),i );
89: close( i );
90: FD_CLR( i,&readfds_save );
91: if( maxfds == i+1 )
92: {
93: next_maxfds = find_maxfds( &readfds_save );
94: }
95: }
96: }
97: }
98: maxfds = next_maxfds ;
99: }
100: }
101:
tcp_acc_port() で、接続受付け用ポートに対応したソケットを
作り、print_my_host_port() (fork版 と同じ)
で表示している。
ループに入る前に、fd_set 形の変数 readfds_save を初期化している。 fd_set は、ファイル記述子(file descriptor) の set (集合)を意味する。内 部的には、ビットの並びで実現されていることが多い。次のような操作がある。
無限ループを含むのは、fork版と同じ である。
readfds = readfds_save は、select() の実行で壊されるので、保存してある。 「壊される」とは、プロセスからシステムへの方向に値を送るだけでなく、同 じ場所に、システムからプロセスの方向へ結果が返される（同じ場所に上書き される）ことを意味する。
select() は、引数で指定された集合が、入力可能かどうかを調べている。入 力可能でなければ、入力可能になるまで待つ。
第３引数以降を使えば、出力可能かを調べたり、無限に待つのではなくて、あ る指定された時間だけ待つこともできる。
もし、要求受付け用ポートに対応したソケット acc が入力可能ならば、 accept() すると止まらずに処理が進むことを意味する。処理とは、クライア ントとの間の通信用ポートに対応したソケットが作ることである。fork() 版 とは違い、この accept() の所で待つことはない。
accept() が成功したら、結果として返されたファイル記述子を、 readfds_save に加える。次のループから select() の監視の対象になる。
for 文で、残りのファイル記述子について調べる。一度に複数のファイル記 述子がセットされている可能性がある。
もしセットされているファイル記述子を見つけたら、echo_reply_once() を呼 び出す。普通は、0 より大きい数が返ってくる。そして次のセットされている ファイル記述子について echo_reply_once() の処理を続ける。
特殊な場合として、echo_reply_once() は、クライアントが接続を切った場合 には、0 以下の値を返す。その場合は、close() でファイル記述子を解放し、 readfds_save からも FD_CLR() で取り除く。
select() の第１引数には、最大の「ファイル記述子＋１」を与える。 初期値は、acc+1 である。 accept() の時に、増える可能性があり、その場合は増やす。 close() の時に減る可能性があり、その場合は減らす。
select版では、fork版とは異なり、ゾンビ・プロセスは発生しない。
102: int
103: find_maxfds( fd_set *fds )
104: {
105: int i, maxfds ;
106: for( i=FD_SETSIZE; i>= 0; i-- )
107: {
108: if( FD_ISSET(i,fds) )
109: {
110: return( i+1 );
111: }
112: }
113: return( 0 );
114: }
115:
find_maxfds() は、select() の第１引数に与える最大の「ファイル記述子＋ １」を探す関数である。引数の fd_set を、FD_SETSIZE から 0 に向かって探 している。
116: #define BUFFERSIZE 1024
117:
118: int
119: echo_reply_once( int com )
120: {
121: char line[BUFFERSIZE] ;
122: int rcount ;
123: int wcount ;
124:
125: if( (rcount=readline(com,line,BUFFERSIZE)) > 0 )
126: {
127: printf("[%d] read(%d,,) %d bytes, %s",getpid(),com,rcount,line );
128: fflush( stdout );
129: if( (wcount=writen(com,line,rcount))!= rcount )
130: {
131: perror("write");
132: exit( 1 );
133: }
134: }
135: return( rcount );
136: }
137:
データを読込む時には、readline() を使っている。これは、fgets() と同様
に\n 記号が現れるまでを一区切りとして、読込むものである。引数は
fgets() とは異なり、ファイル記述子である。readline() は、バッファサイ
ズ以上は、読込まない。また、最後に文字列の終端の 0 を付ける。(read()
システムコールでは、付けてくれない。)
このプログラムでは、write() システムコールの変りに writen() 関数（ソー ス・プログラムは同じファイルの下の方にある）を使っている。TCP/IP の通 信では、write(fd,buf,100) としても、100バイト送られずに、50 バイトしか 送られないことがある。残りの 50 バイトも送る必要があれば、ループして全 部送るようにする。システム・コール write() は、今は送る必要がない（後 で送ってもよい）場合、送らなくてもよい場合にも対応できるようになってい る。しかし、一般には送る方は全部送り終わるまでループして待った方がよい 場合が多い。writen() は、このような目的のための関数である。
echo_reply_once() は、readline() の結果(多くの場合は、読込んだバイト数) をそのまま返す。0 以下の数を返した時にもそのまま返す。
以下の関数は、fork() 版と同じである。
139: print_my_host_port( int portno ) 148: tcp_peeraddr_print( int com ) 164: sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len ) 174: tcp_acc_port( int portno )
206: /*
207: W.リチャード・スティーブンス著、篠田陽一訳:
208: "UNIXネットワークプログラミング第２版 Vol.1 ネットワークAPI:ソケットとXTI",
209: ピアソン・エデュケーション, 1999年. ISBN 4-98471-205-9
210: 3.9節 readn, writen, および readline 関数 (p.76)
211:
212: Richard Stevens: "UNIX Network Programming, Volume 1, Second Edition:
213: Networking APIs: Sockets and XTI", Prentice Hall, 1998.
214: ISBN 0-13-490012-X.
215: Section 3.9 readn, writen, and readline Functions (p.77)
216:
217: http://www.kohala.com/start/ (http://www.kohala.com/~rstevens/)
218: http://www.kohala.com/start/unpv12e/unpv12e.tar.gz
219:
220: */
221:
222: /* include writen */
223: /*#include "unp.h"*/
224: #include <errno.h>
225:
226: ssize_t /* Write "n" bytes to a descriptor. */
227: writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
228: {
229: size_t nleft;
230: ssize_t nwritten;
231: const char *ptr;
232:
233: ptr = vptr;
234: nleft = n;
235: while (nleft > 0) {
236: if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
237: if (errno == EINTR)
238: nwritten = 0; /* and call write() again */
239: else
240: return(-1); /* error */
241: }
242:
243: nleft -= nwritten;
244: ptr += nwritten;
245: }
246: return(n);
247: }
248:
249: /* include readline */
250: /*#include "unp.h"*/
251:
252: ssize_t
253: readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
254: {
255: ssize_t n, rc;
256: char c, *ptr;
257:
258: ptr = vptr;
259: for (n = 1; n < maxlen; n++) {
260: again:
261: if ( (rc = read(fd, &c, 1)) == 1) {
262: *ptr++ = c;
263: if (c == '\n')
264: break; /* newline is stored, like fgets() */
265: } else if (rc == 0) {
266: if (n == 1)
267: return(0); /* EOF, no data read */
268: else
269: break; /* EOF, some data was read */
270: } else {
271: if (errno == EINTR)
272: goto again;
273: return(-1); /* error, errno set by read() */
274: }
275: }
276:
277: *ptr = 0; /* null terminate like fgets() */
278: return(n);
279: }
280: /* end readline */
readline() は、\n 記号が現れるまでを一区切りとして、読込む。fgets() と
同様に、最後に終端の 0 を付けてくれる。
このプログラムは、１バイトずつ読み込んでいるので、性能が悪い。上記の教
科書では、高速版やマルチスレッドで動作するプログラムも示してある。
実行例。
サーバ側。サーバは、終了しないので、最後に、^C を押して、割り 込みを掛けて終了させる。
注意：同じホストで複数人がポート番号 1231 を使うと動作しない。
% ./echo-server-select 1231クライアント側（その１）。run telnet azalea20.coins.tsukuba.ac.jp 1231 [17721] connection (fd==4) from 130.158.86.40:55988 [17721] read(4,,) 5 bytes, 012 [17721] connection (fd==5) from 130.158.86.50:52806 [17721] read(5,,) 5 bytes, abc [17721] read(5,,) 5 bytes, def [17721] connection (fd==5) closed. [17721] read(4,,) 5 bytes, 345 [17721] connection (fd==4) closed. ^C %
![[]](../icons/screen-cursor.gif)
% telnet azalea20.coins.tsukuba.ac.jp 1231クライアント側（その２）。
% telnet azalea20.coins.tsukuba.ac.jp 1231
図１ 複数のクライアントが接続した時(select())
readline() の代りにread() を使えば、そのような問題は生じない。しかし、 行単位で何か処理を行うようなサーバを作るには、「クライアントごとに」、 少なくとも１行をためるためのバッファを設ける必要がある。
クライアントが意図的に '\n' を送らないことがある。これも、DoS 攻撃 (Denial of Service攻撃、サービス運用妨害攻撃)の一種である。 その他に、writen() に対して、クライアントが read() しないという攻撃も ある。
echo-server-fork.c では、クライアントご とにプロセス（スレッド）が存在するので、安全に readline() を使うことが できる。ただし、プロセスをコピーする処理が重たいので、過剰な connect() による接続要求による DoS 攻撃には弱くなる。(fork() の処理ばかりして、 通常の業務ができなくなる。)
サーバ・プログラムを作成する時には、DoS 攻撃に強いものを作成するように 気をつける。