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/2009/No8_files/echo-server-select.html
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2009/
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 != 2 )
32: {
33: fprintf( stdout,"Usage: %s portno\n",argv[0] );
34: exit( -1 );
35: }
36: portno = strtol( argv[1],0,10 );
37: echo_reply_select( portno );
38: }
39:
main() 関数の部分は、fork版 とほと
んど同じである。
40: void
41: echo_reply_select( int portno )
42: {
43: int acc,com ;
44: fd_set readfds,readfds_save ;
45: int i,n, maxfds, next_maxfds ;
46:
47: acc = tcp_acc_port( portno );
48: if( acc<0 )
49: exit( -1 );
50: print_my_host_port( portno );
51:
52: FD_ZERO( &readfds_save );
53: FD_SET( acc,&readfds_save );
54: maxfds = next_maxfds = acc + 1;
55: while( 1 )
56: {
57: readfds = readfds_save ;
58: n = select( maxfds,&readfds,0,0,0 );
59: if( n <= 0 )
60: {
61: perror("select");
62: exit( 1 );
63: }
64: if( FD_ISSET(acc,&readfds) )
65: {
66: FD_CLR( acc,&readfds );
67: if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
68: {
69: perror("accept");
70: exit( -1 );
71: }
72: FD_SET( com, &readfds_save );
73: if( com+1 > maxfds )
74: {
75: next_maxfds = com+1;
76: }
77: tcp_peeraddr_print( com );
78: }
79: for( i=0 ; i<maxfds ; i++ )
80: {
81: if( FD_ISSET(i,&readfds) )
82: {
83: if( echo_reply_once( i )<=0 )
84: {
85: printf("[%d] connection (fd==%d) closed.\n",getpid(),i );
86: close( i );
87: FD_CLR( i,&readfds_save );
88: if( maxfds == i+1 )
89: {
90: next_maxfds = find_maxfds( &readfds_save );
91: }
92: }
93: }
94: }
95: maxfds = next_maxfds ;
96: }
97: }
98:
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。
99: int
100: find_maxfds( fd_set *fds )
101: {
102: int i, maxfds ;
103: for( i=FD_SETSIZE; i>= 0; i-- )
104: {
105: if( FD_ISSET(i,fds) )
106: {
107: return( i+1 );
108: }
109: }
110: return( 0 );
111: }
112:
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。
113: #define BUFFERSIZE 1024
114:
115: int
116: echo_reply_once( int com )
117: {
118: char line[BUFFERSIZE] ;
119: int rcount ;
120: int wcount ;
121:
122: if( (rcount=readline(com,line,BUFFERSIZE)) > 0 )
123: {
124: printf("[%d] read(%d,,) %d bytes, %s",getpid(),com,rcount,line );
125: fflush( stdout );
126: if( (wcount=writen(com,line,rcount))!= rcount )
127: {
128: perror("write");
129: exit( 1 );
130: }
131: }
132: return( rcount );
133: }
134:
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。
136: print_my_host_port( int portno ) 145: tcp_peeraddr_print( int com ) 161: sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len ) 171: tcp_acc_port( int portno )
203: /*
204: W.リチャード・スティーブンス著、篠田陽一訳:
205: "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",
206: ピアソン・エデュケーション, 1999年. ISBN 4-98471-205-9
207: 3.9節 readn, writen, および readline 関数 (p.76)
208:
209: Richard Stevens: "UNIX Network Programming, Volume 1, Second Edition:
210: Networking APIs: Sockets and XTI", Prentice Hall, 1998.
211: ISBN 0-13-490012-X.
212: Section 3.9 readn, writen, and readline Functions (p.77)
213:
214: http://www.kohala.com/start/ (http://www.kohala.com/~rstevens/)
215: http://www.kohala.com/start/unpv12e/unpv12e.tar.gz
216:
217: */
218:
219: /* include writen */
220: /*#include "unp.h"*/
221: #include <errno.h>
222:
223: ssize_t /* Write "n" bytes to a descriptor. */
224: writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
225: {
226: size_t nleft;
227: ssize_t nwritten;
228: const char *ptr;
229:
230: ptr = vptr;
231: nleft = n;
232: while (nleft > 0) {
233: if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
234: if (errno == EINTR)
235: nwritten = 0; /* and call write() again */
236: else
237: return(-1); /* error */
238: }
239:
240: nleft -= nwritten;
241: ptr += nwritten;
242: }
243: return(n);
244: }
245:
246: /* include readline */
247: /*#include "unp.h"*/
248:
249: ssize_t
250: readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
251: {
252: ssize_t n, rc;
253: char c, *ptr;
254:
255: ptr = vptr;
256: for (n = 1; n < maxlen; n++) {
257: again:
258: if ( (rc = read(fd, &c, 1)) == 1) {
259: *ptr++ = c;
260: if (c == '\n')
261: break; /* newline is stored, like fgets() */
262: } else if (rc == 0) {
263: if (n == 1)
264: return(0); /* EOF, no data read */
265: else
266: break; /* EOF, some data was read */
267: } else {
268: if (errno == EINTR)
269: goto again;
270: return(-1); /* error, errno set by read() */
271: }
272: }
273:
274: *ptr = 0; /* null terminate like fgets() */
275: return(n);
276: }
277: /* 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 ![[←]](../icons/screen-return.gif)
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)
クライアント側（その１）。
% telnet azalea20.coins.tsukuba.ac.jp 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
012
012
345
345
^]
telnet> quit
Connection closed.
%
クライアント側（その２）。
% telnet azalea20.coins.tsukuba.ac.jp 1231
Trying 130.158.86.40...
Connected to azalea20.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
^]
telnet> quit
Connection closed.
%
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。