システムプログラム（第8週）: ネットワーク・プログラミング／サーバ側(2)
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>
このページは、次の URL にあります。
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2009/No8.html
あるいは、次のページから手繰っていくこともできます。
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2009/
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/
ネットワークを超えて送られてくるデータは、（意図的に）間違っているこが
ある。
- 2年生までのプログラミング: 正しい入力が与えられた時に動く
- 3年生からのプログラミング: 間違った入力が与えられた時にも破綻しない
HTTP のエラーは、次のようになる。
% telnet www 80 ![[←]](icons/screen-return.gif)
Trying 130.158.86.207...
Connected to orchid-nwd.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
GET /.. HTTP/1.0
HTTP/1.1 400 Bad Request
Date: Mon, 15 Jun 2009 08:53:15 GMT
Server: Apache/2.0.63 (Unix) PHP/5.2.6
Content-Length: 323
Connection: close
Content-Type: text/html; charset=iso-8859-1
<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//IETF//DTD HTML 2.0//EN">
<html><head>
<title>400 Bad Request</title>
</head><body>
<h1>Bad Request</h1>
<p>Your browser sent a request that this server could not understand.<br />
</p>
<hr>
<address>Apache/2.0.63 (Unix) PHP/5.2.6 Server at www.coins.tsukuba.ac.jp Port 80</address>
</body></html>
Connection closed by foreign host.
% ![[]](icons/screen-cursor.gif)
このうち、1行目、Content-Type:、空行、本文はしっかり返したい。
TCP/IP によるネットワーク・プログラミング
複数のクライアントに対してサービスの同時に提供することが望ましい。
echo-server-nofork-fdopen.c
は、１つのクライアントからの接続されると、そのクライアントに掛り切りに
なって、他のクライアントにはサービスを提供できないという問題がある。
サーバ側
% cp ~yas/syspro/ipc/echo-server-nofork-fdopen.c .
% make echo-server-nofork-fdopen
cc echo-server-nofork-fdopen.c -o echo-server-nofork-fdopen
% ./echo-server-nofork-fdopen
Usage: ./echo-server-nofork-fdopen portno
% ./echo-server-nofork-fdopen 1231
run telnet azalea20 1231
[710] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49348
[710] received (fd==4) 5 bytes, [012
]
^C
%
クライアント側（その１）。
% telnet azalea20 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
012
012
クライアント側（その２）。
% telnet azalea20 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
クライアント（その２）は、クライアント（その１）が終了するまでサービス
を受けられない。
標準の echo サーバ(ポート番号 7 で動作している) は、複数のクライアント
から接続されれた場合、同時にサービスを提供することができる。
クライアント側（その１）。
% telnet azalea20 7
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
012
012
345
345
^]
telnet> ^D
Connection closed.
%
クライアント側（その２）。
% telnet azalea20 7
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
^]
telnet> ^D
Connection closed.
%
複数のクライアントに対してサービスの同時に提供するには次のような方法が
ある。
- クライアントごとに fork() でプロセスをコピーする。
- クライアントごとに スレッドを生成する。
- select() を用いて、複数の接続を監視し、データが届いたことを確認し
てから読み込む。
fork() は、親プロセスをコピーすることにより、子プロセスを作成するシステ
ム・コールである。
前半では、exec とともに
使う例を示した。
ネットワーク・プログラミングでは、exec を伴わない fork() が使われる
ことがある。
このプログラムは、表面的には 3 回 fork() して画面に hello と表示するプ
ログラムである。
1: /*
2: fork-hello.c -- 画面に文字列を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/fork-hello.c
4: Start: 2001/05/13 23:19:01
5: */
6:
7: #include <stdio.h>
8:
9: main()
10: {
11: fork();
12: fork();
13: fork();
14: printf("hello\n");
15: }
実行すると、画面には 8 回 hello と表示される。
% cp ~yas/syspro/proc/fork-hello.c .
% make fork-hello
cc fork-hello.c -o fork-hello
% ./fork-hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
%
1回のfork() で、2倍に増える。3回のforkで、2 3 個に
増える。
TCP/IP のポート番号 7 (echo) では、受け取ったデータをそのまま返すサー
ビスを提供している。以下は、これと同じような機能を提供するサーバである。
複数の接続先（クライアント）の要求を同時に処理するために、クライアント
ごとに fork() システム・コールで専用の子プロセスを作る。
1:
2: /*
3: echo-server-fork-fdopen.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(fork版)
4: ~yas/syspro/ipc/echo-server-fork-fdopen.c
5: Created on 2004/05/09 19:57:07
6: */
7: #include <stdio.h>
8: #include <stdlib.h> /* exit() */
9: #include <sys/types.h> /* socket(), wait4() */
10: #include <sys/socket.h> /* socket() */
11: #include <netinet/in.h> /* struct sockaddr_in */
12: #include <sys/resource.h> /* wait4() */
13: #include <sys/wait.h> /* wait4() */
14: #include <netdb.h> /* getnameinfo() */
15: #include <string.h> /* strlen() */
16:
17: extern void echo_server( int portno );
18: extern void echo_reply( int com );
19: extern void delete_zombie(void);
20: extern void print_my_host_port( int portno );
21: extern void tcp_peeraddr_print( int com );
22: extern void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len );
23: extern tcp_acc_port( int portno );
24: extern int fdopen_sock( int sock, FILE **inp, FILE **outp );
25:
26: main( int argc, char *argv[] )
27: {
28: int portno ;
29: if( argc != 2 )
30: {
31: fprintf( stdout,"Usage: %s portno\n",argv[0] );
32: exit( -1 );
33: }
34: portno = strtol( argv[1],0,10 );
35: echo_server( portno );
36: }
37:
main() は、
echo-server-nofork-fdopen.c
と同じである。
echo_server() は、echoサーバのメインループである。
38: void
39: echo_server( int portno )
40: {
41: int acc,com ;
42: pid_t child_pid ;
43: acc = tcp_acc_port( portno );
44: if( acc<0 )
45: exit( -1 );
46: print_my_host_port( portno );
47: while( 1 )
48: {
49: delete_zombie();
50: if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
51: {
52: perror("accept");
53: exit( -1 );
54: }
55: tcp_peeraddr_print( com );
56: if( (child_pid=fork()) > 0 ) /* parent */
57: {
58: close( com );
59: }
60: else if( child_pid == 0 ) /* child */
61: {
62: close( acc );
63: echo_reply( com );
64: exit( 0 );
65: }
66: else
67: {
68: perror("fork");
69: exit( -1 );
70: }
71: }
72: }
73:
delete_zombie() は、ゾンビ・プロセス（後述）を消去するものである。
（改善の余地がある。）
echo サービスとしての処理は、fork() システムコールで分身を作り、子プロ
セス側で行う。親プロセスは、すぐにaccept() に戻る。
getpid() は、自分自身の PID (Process ID (identifier)) を返すシステムコー
ルである。PID (pid_t) は、16 ビット(システムによっては32ビット)の整数
である。実行結果で
printf() の表示に、PID が表示されているが、同じではないことに
注意しなさい。
delete_zombie() は、終了した子プロセスの残骸を回収する関数である。
74: void
75: delete_zombie()
76: {
77: pid_t pid ;
78: while( (pid=wait4(-1,0,WNOHANG,0)) >0 )
79: {
80: printf("[%d] zombi %d deleted.\n",getpid(),pid );
81: continue;
82: }
83: }
84:
wait4() システムコールを使って、終了した子プロセスをwait してあげてい
る。ただし、WNOHANG オプションを付けてあるので、終了した子プロセスがい
なければ、待たずに返ってくる。
他の関数は、
echo-server-nofork-fdopen.c
と同じである。
% diff -c echo-server-nofork-fdopen.c echo-server-fork-fdopen.c
*** echo-server-nofork-fdopen.c Mon Jun 8 18:46:58 2009
--- echo-server-fork-fdopen.c Mon Jun 15 18:06:02 2009
***************
*** 1,8 ****
/*
! echo-server-nofork-fdopen.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(fork無し版)
! ~yas/syspro/ipc/echo-server-nofork-fdopen.c
! Created on 2004/05/09 19:08:47
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> /* exit() */
--- 1,8 ----
/*
! echo-server-fork-fdopen.c -- 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(fork版)
! ~yas/syspro/ipc/echo-server-fork-fdopen.c
! Created on 2004/05/09 19:57:07
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> /* exit() */
***************
*** 16,21 ****
--- 16,22 ----
extern void echo_server( int portno );
extern void echo_reply( int com );
+ extern void delete_zombie(void);
extern void print_my_host_port( int portno );
extern void tcp_peeraddr_print( int com );
extern void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len );
***************
*** 38,59 ****
echo_server( int portno )
{
int acc,com ;
acc = tcp_acc_port( portno );
if( acc<0 )
exit( -1 );
print_my_host_port( portno );
while( 1 )
{
if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
{
perror("accept");
exit( -1 );
}
tcp_peeraddr_print( com );
! echo_reply( com );
}
}
#define BUFFERSIZE 1024
void
--- 39,87 ----
echo_server( int portno )
{
int acc,com ;
+ pid_t child_pid ;
acc = tcp_acc_port( portno );
if( acc<0 )
exit( -1 );
print_my_host_port( portno );
while( 1 )
{
+ delete_zombie();
if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
{
perror("accept");
exit( -1 );
}
tcp_peeraddr_print( com );
! if( (child_pid=fork()) > 0 ) /* parent */
! {
! close( com );
! }
! else if( child_pid == 0 ) /* child */
! {
! close( acc );
! echo_reply( com );
! exit( 0 );
! }
! else
! {
! perror("fork");
! exit( -1 );
! }
}
}
+ void
+ delete_zombie()
+ {
+ pid_t pid ;
+ while( (pid=wait4(-1,0,WNOHANG,0)) >0 )
+ {
+ printf("[%d] zombi %d deleted.\n",getpid(),pid );
+ continue;
+ }
+ }
+
#define BUFFERSIZE 1024
void
%
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：全員がポート番号 1231 を使うとプログラムが動かないことがある。
% cp ~yas/syspro/ipc/echo-server-fork-fdopen.c .
% make echo-server-fork-fdopen
cc echo-server-fork-fdopen.c -o echo-server-fork-fdopen
% ./echo-server-fork-fdopen
Usage: ./echo-server-fork-fdopen portno
% ./echo-server-fork-fdopen 1231
run telnet azalea20 1231
[908] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49424
[910] received (fd==4) 5 bytes, [012
]
[908] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49425
[913] received (fd==4) 5 bytes, [abc
]
[913] received (fd==4) 5 bytes, [def
]
[913] connection (fd==4) closed.
[910] received (fd==4) 5 bytes, [345
]
[910] connection (fd==4) closed.
^C
%
クライアント側（その１）。
% telnet azalea20 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
012
012
345
345
^]
telnet> ^D
Connection closed.
%
クライアント側（その２）。
% telnet azalea20 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
^]
telnet> ^D
Connection closed.
%
図１ サーバが accept() で接続要求を待っている
図２ サーバが accept()している時にクライアントが connect()した所
図３ accept() の結果、通信用ポート com が作られる
図４ fork() して、親子に別れる。
図５ 親は、com を close()、子は acc を close() する
図６ 親は、再び accept() で待ち、子は、特定のクライアントに対して read()/write() する。
図７ サーバが別のクライアントから接続要求を受け付ける
図８ accept() の結果、通信用ポート com が作られる
図９ fork() して、親子に別れる。
図１０ 親は、com を close()、子は acc を close() する
図１１ 親は、再び accept() で待ち、子は、特定のクライアントに対して read()/write() する。
exit(2) システム・コールで終了したり、ソフトウェア割り込み(kill(2))で
強制終了させれたプロセスは、親プロセスが wait() するまで、形だけのこっ
ている。このようなプロセスは、ゾンビ（Zombie）と呼ばれる。
ps コマンドで見ると、ゾンビの状態(STAT) は、Z と表示される。
% ps auxw | egrep echo
yas 908 0.0 -0.0 36644 340 p2 S+ 7:20PM 0:00.01 ./echo-server-fork-fdopen 1231
yas 913 0.0 -0.0 0 0 p2 Z+ 1Jan70 0:00.00 (echo-server-fork)
yas 918 0.0 -0.0 8784 8 p0 R+ 7:24PM 0:00.00 egrep echo
yas 910 0.0 -0.0 0 0 p2 Z+ 1Jan70 0:00.00 (echo-server-fork)
%
echo-server-fork-fdopen.c では、
delete_zombie() でゾンビを消そうとはしている。しかし、accept() で止まっ
ている状態なので、どこかのクライアントから接続要求が来ない限りは、
delete_zombie() が呼ばれないので、ゾンビとして残っている。
この状態で接続要求が来ると、ゾンビが回収される。
% ./echo-server-fork-fdopen 1231
run telnet azalea20 1231
[908] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49424
[910] received (fd==4) 5 bytes, [012
]
[908] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49425
[913] received (fd==4) 5 bytes, [abc
]
[913] received (fd==4) 5 bytes, [def
]
[913] connection (fd==4) closed.
[910] received (fd==4) 5 bytes, [345
]
[910] connection (fd==4) closed.
[908] connection (fd==4) from 130.158.86.40:49432
[908] zombi 913 deleted.
[908] zombi 910 deleted.
ゾンビが回収された後の ps コマンドの結果:
% ps auxw | egrep echo
yas 908 0.0 -0.0 36644 352 p2 S+ 7:20PM 0:00.01 ./echo-server-fork-fdopen 1231
yas 920 0.0 -0.0 36724 152 p2 S+ 7:26PM 0:00.00 ./echo-server-fork-fdopen 1231
yas 922 0.0 -0.0 8784 8 p0 R+ 7:26PM 0:00.00 egrep echo
%
練習問題(706)
複数のクライアントから同時に接続を受けるようにしなさい。
この時、同時に扱えるクライアントの最大数を設定できるようにしなさい。た
とえば最大２と設定した場合、２つの接続まで同時に処理を行うが、３つめが
来た場合、接続を切るか他の接続が閉じられるまで処理を遅延する。
練習問題(801) で、
HTTP の Keep-Alive に対応しなさい。
echo-server-fork-fdopen.c
では、accept() している途中で、子プロセスが終了するとゾンビになってし
まう。子プロセスが終了したら直ちにゾンビを回収するようにしなさい。
ヒント：子プロセスの終了を、ソフトウェア割り込み(signal, SIGCHLD)で知
る方法もある。複数の子プロセスが終了しても、割り込みは１回しか起こらな
いことがあることに注意しなさい。
ソフトウェア割込みを使うと、accept() システムコールがエラーで戻って来
るシステムもある。その場合、エラー番号が EINTR なら単純に終了しないで、
再び accept() に向うべきである。
練習問題(801) で、
練習問題(803) と同様に
割り込みを使って即座にゾンビを回収するようにしなさい。
Last updated: 2009/06/17 09:55:47
Yasushi Shinjo / <yas@is.tsukuba.ac.jp>