プロセス間通信（３）／UDP/IPとシグナル

システム・プログラム

                                       電子・情報工学系
                                       新城 靖
                                       <yas@is.tsukuba.ac.jp>

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■今日の重要な話

• socket()
• sendto()
• recvfrom()
• bind()

• signal()
• kill()

■TCP/IPの基本的な考え方

■echo-client

■echo-server-fork

■補足

◆emacs indent-region

◆echo-server-pthread.c

■emacs indent-region

■UDP/IPの考え方

1. IP アドレス
2. ポート番号

IP 層では、アドレスとしては、IP アドレスだけを使う。UDP/IP は、IP 層の 機能をほとんどそのままの形で利用可能にしたものである。違いは、ポート番 号を指定できることと、チェックサムでデータの内容を検査できることなどで ある。

UDP/IP でも、クライアント側のアドレスは、ＯＳに任せ、自らは指 定しないことが多い（指定することもできる）。

◆UDPの特徴

• 結合(connection)(通信路)が作られない。
• １つひとつの通信は、単方向である。（ただし、相互にパケットを送受 信することで双方向に通信することが普通である。）
• 送り出したデータが失われても、自動的には再転送されない。 必要ならば、プログラムの中で自分自身で再転送する。
• データの切目が保存される。
• 大きなデータは、送れない。
• データの送信には、sendto()、受信には recvfrom() を 使う(sendmsg(), recvmsg(), send(), recv() を使うこともある)。

◆telnet

telnet は、TCP/IP の汎用のクライアント(文字列の送受信用)なので、UDP/IP でサービスを提供するクライアントとしては使えない。

■echo-client-udp

• socket()
• sendto()
• recvfrom()
• getaddrinfo(), getnameinfo()

UDP/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。ただし、セキュリティ上の理由から、echo サービスを 停止することが、一般的である。以下は、このサービスを利用するクライアン トである。

----------------------------------------------------------------------
   1:	
   2:	/*
   3:	        echo-client-udp.c -- 文字列を送受信するクライアント(UDP/IP版)
   4:	        ~yas/syspro/ipc/echo-client-udp.c
   5:	        Start: 1997/06/16 21:22:26
   6:	*/
   7:	#include <stdio.h>
   8:	#include <sys/types.h>  /* socket() */
   9:	#include <sys/socket.h> /* socket() */
  10:	#include <netinet/in.h> /* struct sockaddr_in */
  11:	#include <netdb.h>      /* getaddrinfo() */
  12:	
  13:	extern void echo_client_udp( char *server, int portno );
  14:	extern int udp_port_nobind();
  15:	extern int sockaddr_in_init( struct sockaddr_in *addr, int addrlen,
  16:	                             char *hostname, int portno );
  17:	extern void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, int addr_len );
  18:	extern void sockname_print( int s );
  19:	
  20:	main( int argc, char *argv[] )
  21:	{
  22:	     char *server ;
  23:	     int portno ;
  24:	        if( argc != 3 )
  25:	        {
  26:	            fprintf( stdout,"Usage: %% %s host port\n",argv[0] );
  27:	            exit( -1 );
  28:	        }
  29:	        server = argv[1] ;
  30:	        portno = strtol( argv[2],0,10 );
  31:	        echo_client_udp( server, portno );
  32:	}
----------------------------------------------------------------------

main の部分は、TCP/IP 版の echo-client.c とほとんど同じである。

main() 関数は、コマンドラインの引数を調べて、echo_client() を読んでい る。strtol() で、文字列で与えられたポート番号を、int に変換している。

----------------------------------------------------------------------
  33:	
  34:	#define BUFFERSIZE      1024
  35:	
  36:	void
  37:	echo_client_udp( char *server, int portno )
  38:	{
  39:	    int          sock ;
  40:	    int          slen,scount,rcount ;
  41:	    char         sbuf[BUFFERSIZE];
  42:	    char         rbuf[BUFFERSIZE];
  43:	    int          i ;
  44:	    int          fromlen ;
  45:	    struct sockaddr_in to; struct sockaddr_storage from ;
  46:	
  47:	        sock = udp_port_nobind();
  48:	        if( sock<0 )
  49:	            exit( -1 );
  50:	    printf("my port is "); sockname_print( sock ); printf("\n");
  51:	
  52:	        if( sockaddr_in_init( &to, sizeof(to), server, portno )<0 )
  53:	        {
  54:	            perror("sockaddr_in_init");
  55:	            exit( -1 );
  56:	        }
  57:	    printf("server is ");
  58:	    sockaddr_print( (struct sockaddr *)&to, sizeof(to) ); printf("\n");
  59:	
  60:	        printf("==> "); fflush(stdout);
  61:	        while( fgets(sbuf,BUFFERSIZE,stdin) )
  62:	        {
  63:	            slen = strlen( sbuf );
  64:	
  65:	    printf("sending [%s] (%d bytes) to ", sbuf, slen );
  66:	    sockaddr_print( (struct sockaddr *)&to, sizeof(to) ); printf("\n");
  67:	
  68:	            scount = sendto( sock, sbuf, slen, 0,
  69:	                             (struct sockaddr *)&to, sizeof(to) );
  70:	            if( scount != slen )
  71:	            {
  72:	                perror("sendto()");
  73:	                exit( 1 );
  74:	            }
  75:	    printf("after sendo(), my port is "); sockname_print( sock ); printf("\n");
  76:	
  77:	            fromlen = sizeof( from );
  78:	            rcount = recvfrom( sock, rbuf, BUFFERSIZE, 0,
  79:	                               (struct sockaddr *)&from, &fromlen);
  80:	            if( rcount < 0 )
  81:	            {
  82:	                perror("recvfrom()");
  83:	                exit( 1 );
  84:	            }
  85:	            rbuf[rcount] = 0 ;
  86:	    printf("received %d bytes [%s] from ",rcount, rbuf );
  87:	    sockaddr_print( (struct sockaddr *)&from, fromlen ); printf("\n");
  88:	
  89:	            printf("==> "); fflush(stdout);
  90:	        }
  91:	        printf("\n");
  92:	
  93:	        close( sock );
  94:	}
----------------------------------------------------------------------

クライアント側では、bind() でアドレス(IPアドレスとポート番号)を設定し ないことが多い。通信に使う前には、アドレスは固定されていない。通信に使 うと、その瞬間に固定され、close() するまで有効である。(クライアント側 でも、bind() でアドレスを固定することもできるが、一般的ではない。)

sockaddr_in_init() は、構造体 to に送り先のアドレス(IPアドレスとポート 番号)をセットしている。

送るデータは、TCP/IP版の同じく文字列である。UDP/IP の通信では、データ の区切りは保存されるので、行末の区切りをつけずに構造体をそのまま送るも のも多い。

sendto() システムコールで、データを送信している。送り先は、第5引数に指 定されている。TCP/IP とは異なり、データの区切りは保存される。また、一 度に全データが送られるので、TCP/IP とは異なり、writen() のように、全デー タを送り出すためのループは不要である。ただし、一度に送ることができるデー タの大きさには上限がある。

途中、階層の通信媒体の上限を越えた場合、「フラグメント化」が行われ、実 際のデータとしては分割されることがある。たとえば、イーサネットでは、約 1500バイトを越えた場合、フラグメント化される。フラグメント化されたデー タは、受信側のプロセスに送られる前に組み立てられる。

データを受け取るには、recvfrom() システムコールを使っている。この時、 データの送り手のアドレス(IPアドレスとポート番号)が&from番 地に保存される。普通は、sendto() と同じアドレスから返ってくるが、 違うアドレスから返ってくることもある。

recvfrom() では、最後に終端の 0 を付けてくれないので、自分で 0 を付け ている。

----------------------------------------------------------------------
  95:	
  96:	int
  97:	udp_port_nobind()
  98:	{
  99:	    int s ;
 100:	        if( (s = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 )
 101:	        {
 102:	            perror("socket");
 103:	            return( -1 );
 104:	        }
 105:	        return( s );
 106:	}
----------------------------------------------------------------------

udp_port_nobind() は、クライアント側の UDP/IP のポートを作る関数である。 内部では、ソケットを socket() システムコールで作成しているだけである。 PF_INET と SOCK_DGRAMの組み合わせなので、 UDP を使うことを意味する。 socket() の引数で、PF_INET の変りに、AF_INET と書いてもよい。ここでは、 Protocol を選んでいるので、PF_ が正しいが、実際には、PF_INET と AF_INET は同じであり、また、多くのテキストで混在されて使われいる。

UDP/IP でも、connect() システムコールで接続先を固定する方法もあるが、 一般的ではない。接続先を固定した場合は、sendto() や recvfrom() ではな く、write() やread() を使って通信することもできる。その場合も、UDP の 性質は保たれるので、write() したデータのパケットが失われた時には、再転 送は行われない。

----------------------------------------------------------------------
 107:	
 108:	int
 109:	sockaddr_in_init( struct sockaddr_in *addr, int addrlen,
 110:	                  char *hostname, int portno )
 111:	{
 112:	    struct addrinfo hints, *ai;
 113:	    int err ;
 114:	
 115:	        if( addrlen < sizeof(struct sockaddr_in) )
 116:	        {
 117:	            fprintf(stderr,"sockaddr_in, not enough space (%d) > (%d)\n",
 118:	                     addrlen, sizeof(struct sockaddr_in) );
 119:	            return( -1 );
 120:	        }
 121:	        memset( &hints, 0, sizeof(hints) );
 122:	        hints.ai_family   = AF_INET ;
 123:	        hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM ;
 124:	        if( (err = getaddrinfo( hostname, NULL, &hints, &ai )) )
 125:	        {
 126:	            fprintf(stderr,"unknown host %s (%s)\n",hostname,
 127:	                    gai_strerror(err) );
 128:	            return( -1 );
 129:	        }
 130:	        if( ai->ai_addrlen > addrlen )
 131:	        {
 132:	            fprintf(stderr,"sockaddr too large (%d) > (%d)\n",
 133:	                    ai->ai_addrlen,sizeof(addr) );
 134:	            freeaddrinfo( ai );
 135:	            return( -1 );
 136:	        }
 137:	        memcpy( addr, ai->ai_addr, ai->ai_addrlen );
 138:	        addr->sin_port = htons( portno );
 139:	        freeaddrinfo( ai );
 140:	
 141:	        return( 0 );
 142:	}
----------------------------------------------------------------------

getaddrinfo() に関しては、 TCP/IP 版の echo-client.c も、参照しなさい。

----------------------------------------------------------------------
 143:	
 144:	void
 145:	sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, int addr_len )
 146:	{
 147:	    char host[BUFFERSIZE] ;
 148:	    char port[BUFFERSIZE] ;
 149:	        if( getnameinfo(addrp, addr_len, host, sizeof(host),
 150:	                        port, sizeof(port), NI_NUMERICHOST|NI_NUMERICSERV)<0 )
 151:	            return;
 152:	        printf("%s:%s", host, port );
 153:	}
 154:	
 155:	void
 156:	sockname_print( int s )
 157:	{
 158:	    struct sockaddr_storage addr ;
 159:	    int len ;
 160:	        len = sizeof( addr );
 161:	        if( getsockname( s, (struct sockaddr *)&addr, &len )< 0 )
 162:	        {
 163:	            perror("getsockname");
 164:	            exit( -1 );
 165:	        }
 166:	        sockaddr_print( (struct sockaddr *)&addr,len );
 167:	}
----------------------------------------------------------------------

sockaddr_print() は、sockaddr 構造体を表示する関数である。 getaddrinfo() ライブラリ関数により、ホスト名とポート番号の文字列表現を 得ている。文字列といっても、NI_NUMERICHOST|NI_NUMERICSERV というフラグ を指定しているので、結果は "123.4.5.6" や "80" のような数字の並びによ る表記になる。

sockname_print() は、自分自身のポートのアドレスを表示する関数である。 アドレスは、getsockname() で得られる。なお、UDP/IP では、TCP/IP とは異 なり、getpeername() で通信相手を調べることは、この場合できない。UDP/IP では、通信相手は、recvfrom() の引数で知ることができる。

実行例:

----------------------------------------------------------------------
% cp ~yas/syspro/ipc/echo-client-udp.c . 
% make echo-client-udp 
cc     echo-client-udp.c   -o echo-client-udp
% ./echo-client-udp localhost 7 
my port is 0.0.0.0:0
server is 127.0.0.1:7
==> hello
sending [hello
] (6 bytes) to 127.0.0.1:7
after sendo(), my port is 0.0.0.0:33041
received 6 bytes [hello
] from 127.0.0.1:7
==> world!
sending [world!
] (7 bytes) to 127.0.0.1:7
after sendo(), my port is 0.0.0.0:33041
received 7 bytes [world!
] from 127.0.0.1:7
==> ^D
% ./echo-client-udp adonis8 7 
my port is 0.0.0.0:0
server is 130.158.86.28:7
==> aaa
sending [aaa
] (4 bytes) to 130.158.86.28:7
after sendo(), my port is 0.0.0.0:33041
received 4 bytes [aaa
] from 130.158.86.28:7
==> bbb
sending [bbb
] (4 bytes) to 130.158.86.28:7
after sendo(), my port is 0.0.0.0:33041
received 4 bytes [bbb
] from 130.158.86.28:7
==> ^D
% 
----------------------------------------------------------------------

■echo-server-udp.c

----------------------------------------------------------------------
   1:	
   2:	/*
   3:	        echo-server-udp.c -- 文字列を送受信するサーバ(UDP/IP版) 
   4:	        ~yas/syspro/ipc/echo-server-udp.c
   5:	        Start: 1997/06/16 21:22:26
   6:	*/
   7:	#include <stdio.h>
   8:	#include <sys/types.h>  /* socket() */
   9:	#include <sys/socket.h> /* socket() */
  10:	#include <netinet/in.h> /* struct sockaddr_in */
  11:	#include <netdb.h>      /* getaddrinfo() */
  12:	
  13:	extern void echo_server_udp( int portno );
  14:	extern int udp_port_bind( int portno );
  15:	extern void sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, int addr_len );
  16:	extern void sockname_print( int s );
  17:	
  18:	main( int argc, char *argv[] )
  19:	{
  20:	    int portno ;
  21:	        if( argc >= 3 )
  22:	        {
  23:	            fprintf( stdout,"Usage: %s [portno]\n",argv[0] );
  24:	            exit( -1 );
  25:	        }
  26:	        if( argc == 2 )
  27:	            portno = strtol( argv[1],0,10 );
  28:	        else
  29:	            portno = getuid();
  30:	        echo_server_udp( portno );
  31:	}
  32:	
----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------
  33:	#define BUFFERSIZE      1024
  34:	
  35:	void echo_server_udp( int portno )
  36:	{
  37:	    int s, rcount, scount, addrlen ;
  38:	    struct sockaddr_storage addr ;
  39:	    char buffer[BUFFERSIZE];
  40:	
  41:	        s = udp_port_bind( portno );
  42:	        if( s<0 )
  43:	            exit( -1 );
  44:	    printf("my port is "); sockname_print( s ); printf("\n");
  45:	
  46:	        while( 1 )
  47:	        {
  48:	            addrlen = sizeof( addr );
  49:	            rcount = recvfrom( s, buffer, BUFFERSIZE, 0,
  50:	                               (struct sockaddr *)&addr, &addrlen );
  51:	            if( rcount < 0 )
  52:	            {
  53:	                perror("recvfrom()");
  54:	                exit( 1 );
  55:	            }
  56:	            buffer[rcount] = 0 ;
  57:	    printf("received %d bytes [%s] from ",rcount, buffer );
  58:	    sockaddr_print( (struct sockaddr *)&addr,addrlen ); printf("\n");
  59:	
  60:	    printf("sending back [%s] (%d bytes) to ", buffer, rcount );
  61:	    sockaddr_print( (struct sockaddr *)&addr,addrlen ); printf("\n");
  62:	            scount=sendto( s, buffer, rcount, 0, (struct sockaddr *)&addr, addrlen );
  63:	            if( scount!= rcount )
  64:	            {
  65:	                perror("sendto()");
  66:	                exit( 1 );
  67:	            }
  68:	        }
  69:	}
  70:	
----------------------------------------------------------------------

サーバのプログラムの特徴は、内部に無限ループを持っていることである。 サーバは、普通の状態では、終了しない。

このサーバは、fork() しない。サービスの内容が簡単であり、sendto() シス テムコールでブロックすることもないからである。サービスが重たい時には、 他のクライアントからの処理を並列に進めるために、子プロセスを作ること可 能である。

----------------------------------------------------------------------
  71:	int udp_port_bind( int portno )
  72:	{
  73:	    struct sockaddr_in addr ;
  74:	    int addr_len ;
  75:	    int s ;
  76:	
  77:	        if( (s = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 )
  78:	        {
  79:	            perror("socket");
  80:	            return( -1 );
  81:	        }
  82:	
  83:	        memset( &addr, 0, sizeof(addr) );
  84:	        addr.sin_family = AF_INET ;
  85:	        addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY ;
  86:	        addr.sin_port = htons( portno );
  87:	
  88:	        if( bind(s,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr)) < 0 )
  89:	        {
  90:	            perror("bind");
  91:	            fprintf(stderr,"port number %d is already used. wait a moment or kill another program.\n", portno );
  92:	            return( -1 );
  93:	        }
  94:	        return( s );
  95:	}
  96:	
  97:	
＜以下省略＞
  99:	sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, int addr_len )
...
 110:	sockname_print( int s )
..
----------------------------------------------------------------------

bind() システムコールの引数は、 TCP版のecho-server-fork と同じである。 ソケットが作成できたら、bind() システムコールで、サーバ側で利用するア ドレス(IPアドレスとポート番号)を設定する。IP アドレスは、普通は、 INADDR_ANY を指定する。複数の IP アドレスがある時には、どれに要求が来 ても受け付ける。特定の IP アドレスを指定すると、そのアドレスに来た要求 だけを受け付けるようになる。

ポート番号は、引数で与えられたものを、htons() でネットワーク・バイトオー ダに変換して与える。

listen() システムコールは、UDP/IP では使われない。 要求、すなわち、データが大量に送られ、サーバが処理できない時には、（普 通は古いものから順に）捨てられる。

実行例。

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。

----------------------------------------------------------------------
% ./echo-server-udp 1231 
my port is 0.0.0.0:1231
received 6 bytes [hello
] from 127.0.0.1:33042
sending back [hello
] (6 bytes) to 127.0.0.1:33042
received 7 bytes [world!
] from 127.0.0.1:33042
sending back [world!
] (7 bytes) to 127.0.0.1:33042
received 4 bytes [aaa
] from 130.158.86.28:33015
sending back [aaa
] (4 bytes) to 130.158.86.28:33015
received 4 bytes [133
] from 130.158.86.28:33015
sending back [133
] (4 bytes) to 130.158.86.28:33015
^C
% 
----------------------------------------------------------------------

■入出力装置(デバイス)

• ハードディスク
• キーボード
• マウス
• グラフィクス・カード
• ネットワーク・インタフェース

◆ハードウェアの構成

バス：何本かの配線の束

アドレスバス

メモリのアドレスを示すための線

データバス

データを送るための線

コントロールバス

その他、制御用の線

◆デバイス・コントローラ

例：キーボード用のコントローラの働き

データが、電気信号などの形で送られてくる。コントローラの中のレジスタ （小容量のメモリ）に保存され。

◆CPUとデバイスの間のデータの受け渡しの方法

CPU から見える場所

1. デバイス・コントローラが I/O 空間にあり、ポート番号と呼ばれる番地 が振られている。CPU が、ポート番号を指定して入出力命令を実行すると、 I/O 空間にあるレジスタの内容が読み書きできる(I/O 空間を示す信号線が1に なる)。
2. デバイス・コントローラが、普通のメモリと同じ空間にあり、番地が番 地が振られている。CPU が、その番地へ普通のロード命令やストア命令でアク セスすると、コントローラのレジスタの内容が読み書きできる。

1. CPU が入出力命令、あるいは、ロード命令／ストア命令を実行する。
2. DMA (Direct Memory Access)やバスマスタと呼ばれる機器があり、その 機器がCPU が普通に命令を実行している合間をぬって一時的にバスを乗っ取り、 データをメモリにコピーする。

◆ポーリングと割込み

CPU の速度に比べて、デバイスの速度は遅い。

• 入出力の完了を待っていると CPU の能力が無駄に捨てられる。
• 複数の独立したデバイスは、同時に動かしたい。
• あるプロセスがデバイスへの入出力を行ないたい時、CPU がその処理に つきっきりになってしまうと、他のプロセスまで先に進めなくなる。

• 周期が短いと、チェックのヘッドが多くなるが、デバイスとの応答はよ くなる。
• 周期が長いと、その逆。

入力デバイス

コントローラは、入力データが到着すると、制御バスの割込み要求(IRQ, Interrupt Request)信号線を1にする。 (DMAやバスマスタを使っている時には、メモリへのコピーが完了した時)

出力デバイス

コントローラは、出力用バッファが空になると、割込み要求信号線を1に する。

■ソフトウェア割込みとシグナル

普通の割込み（ハードウェアによる割込み）は、オペレーティング・システム のカーネルにおいて利用されている。

ソフトウェア割込みとは、本来はオペレーティング・システムのカーネルしか 使えない割込みの機能を、ソフトウェアにより実現して、一般の利用者プログ ラム（プロセス）でも使えるようにしたものである。

UNIXでは、ソフトウェア割込みの機能は、シグナル(signal)という名前で実現 されている。シグナルとは、本来はプロセス間通信の一種で、あるイベントが起き たことを他のプロセスに知らせることである。ここで伝わるのは、あるイベントが 起きたかどうかだけで、イベントの種類の区別ができることがあるが、 データを送ることはできない。

UNIXでは、プロセ ス間でシグナルにより通信をする他に、キーボードからシグナルを送ることも できる。これは、「ソフトウェア割込み」として、プロセス１つひとつに割込 みボタンが付いているようなものである。また、プログラムの中で例外 （exception）が起きた時にも、ハードウェアの割込みと同様に、ソフトウェ ア割込みが生じる。これも、他のシグナルと同じように受け取ることができる。

UNIXのソフトウェア割込み（シグナル）を使うには、次のようなことが必要で ある。

• 受け側(割り込まれる方、シグナルを受け取る方)
  • 割込みハンドラの定義。割込みが起きた時に実行される関数を定義する。
  • 割込みハンドラの登録。定義した関数を登録する。signal(2), sigvector(2), などを使う。
  • 割込みマスク（割込みを禁止のビット・ベクトル）の制御。 sigsetmask(2) など。
• 送り側(割り込む方、シグナルを送る方)
  • 割込みの発生。kill(2) など。
  • キーボード。
  • 例外。
  • タイマ割り込み。alarm(2)。

• プロセスが終了させられる。
• プロセスが一時停止させられる。
• なにも起らない（シグナルが無視される）。

ソフトウェア割り込みは、１つのプログラムの中に制御の流れが１つしかない ようなプログラムの時に有効な方法である。最近のマルチスレッドのプログラ ムでは、シグナルの意味が不明確である。

スレッドの話は、３学期の授業「オペレーティングシステムII」などで出てく る。

◆signal-int.c

----------------------------------------------------------------------
   1:	/*
   2:	        signal-int.c -- SIGINT を３回受け付けて終了するプログラム。
   3:	        ~yas/syspro/proc/signal-int.c
   4:	        Start: 1997/05/26 18:38:38
   5:	*/
   6:	
   7:	#include <stdio.h>
   8:	#include <signal.h>
   9:	
  10:	int sigint_count = 3 ;
  11:	void sigint_handler();
  12:	
  13:	main()
  14:	{
  15:	        signal( SIGINT, &sigint_handler );
  16:	        printf("main(): going into infinite loop, sigint_count == %d\n", 
  17:	                sigint_count);
  18:	        while( 1 )
  19:	        {
  20:	            printf("main(): sigint_count == %d, pause() ....\n",
  21:	                    sigint_count );
  22:	            pause();
  23:	            printf("main(): return from pause().  sigint_count == %d\n",
  24:	                    sigint_count );
  25:	        }
  26:	}
  27:	
  28:	void sigint_handler()
  29:	{
  30:	        printf("sigint_handler():\n");
  31:	        if( -- sigint_count <= 0 )
  32:	        {
  33:	            printf("sigint_handler(): exit() ... \n");
  34:	            exit( 1 );
  35:	        }
  36:	/*      signal( SIGINT, &sigint_handler ); /* System V */
  37:	        printf("sigint_handler(): sigint_count == %d\n",sigint_count);
  38:	}
----------------------------------------------------------------------

signal() で、割込み処理ハンドラを登録している。この段階で、関数 sigint_handler() は呼び出されない。また、プログラムのどこからも、関数 sigint_handler() は明示的には呼び出されていない。

main() は、無限ループになっている。

pause() は、割込みを待つシステムコールである。システムコールの実行中に 割込みが発生するまで待つ。発生すると、割込み処理ハンドラの実行後にリター ンする。

sigint_handler() は、main() から呼び出されないが、割込みが発生すると実 行される。内部では、大域変数 sigint_count を減らして、0 以下になれば終 了している。

System V 系の Unix では、一度割込みハンドラが呼び出されると、それが解 除される。もう一度同じ割込みハンドラを使いたい場合には、割込みハンドラ の中で signal() で登録し直す必要がある。BSD 系の Unix と、 新しい目の Linux (glibc2 以降)では、再登録の必要はない。

古い Linux (libc4,libc5) では、標準では、System V と同じ動きをしていた。 Linux (RedHat 7.1)の日本語のマニュアルは、その時から更新されていない。 英語のマニュアルは、更新されている。

実行例。

----------------------------------------------------------------------
% stty -a 
speed 9600 baud; rows 40; columns 80; line = 0;
intr = ^C; quit = ^\; erase = ^?; kill = ^U; eof = ^D; eol = ;
eol2 = ; start = ^Q; stop = ^S; susp = ^Z; rprnt = ^R; werase = ^W;
lnext = ^V; flush = ^O; min = 1; time = 0;
-parenb -parodd cs8 -hupcl -cstopb cread -clocal -crtscts
-ignbrk -brkint -ignpar -parmrk -inpck -istrip -inlcr -igncr icrnl ixon -ixoff
-iuclc -ixany -imaxbel
opost -olcuc -ocrnl onlcr -onocr -onlret -ofill -ofdel nl0 cr0 tab0 bs0 vt0 ff0
isig icanon iexten echo echoe echok -echonl -noflsh -xcase -tostop -echoprt
echoctl echoke
% ./signal-int 
main(): going into infinite loop, sigint_count == 3
main(): sigint_count == 3, pause() ....
^C
sigint_handler():
sigint_handler(): sigint_count == 2
main(): return from pause().  sigint_count == 2
main(): sigint_count == 2, pause() ....
^C
sigint_handler():
sigint_handler(): sigint_count == 1
main(): return from pause().  sigint_count == 1
main(): sigint_count == 1, pause() ....
^C
sigint_handler():
sigint_handler(): exit() ... 
% 
----------------------------------------------------------------------

^C の代りに、別の端末から kill コマンドを使って割込みを発生さ せる方法もある。

----------------------------------------------------------------------
% kill -INT PID 
----------------------------------------------------------------------

◆EINTR

errno が EINTR の時、システムコールを再実行する必要がある場合が多い。

◆再入可能(reentrant)

そのような場合でも、問題なく動く関数を、再入可能な関数(reentrant function)という。

引数やauto変数だけを使った関数は、再入可能になる。

extern や static を使った関数は、再入可能でないことがある。

次のような関数は、リエントラントではない。

• gethostbyname(), gethostbyaddr()
• localtime(), ctime()
• rand()

シグナル・ハンドラの中では、リエントラントな関数を使うようにする。

◆タイマ割込み

タイマ割込みをソフトウェアで実現したものが、setitimer()システムコール である。

◆イベント駆動

ゲームで、人間がボタンを押さなくても進んで行くところは、タイマ割込みに よる。

■メモリ・マップ

◆テキストセグメント

機械語を書き換えながら実行するプログラムは、最近は行儀が悪いとされてい る。キャッシュの関係で特別な操作をしないと動かない。

◆データセグメント

データ

静的変数や大域変数のうち、初期値つき変数が置かれるところ

BSS

静的変数や大域変数のうち、初期値を指定しない(初期値が0)が置かれるところ

ヒープ(heap) malloc() で確保する変数が置かれるところ

static int x=100 ;

　BSSとは初期値を指定しない変数が置かれる場所である. C言語で

static int x ;

　ヒープとは実行時に大きさが決まる変数を置くための領域である. C言語で

char *p ;
    ...
    p = malloc( 100 );

ヒープ領域の大きさは、brk() システム・コールや sbrk() システム・コールで変えることができる。これらの システム・コールは、malloc() ライブラリ関数から呼び出さ れる。

◆スタックセグメント

　C言語で

main()
{
    auto int z;
}

◆mainの引数と環境変数

main( int argc, char *argv[], *envp[] )
{

}

◆共有ライブラリ

■変数の番地、メモリ・マップ

----------------------------------------------------------------------
   1:	/*
   2:	        vaddr-print.c -- 変数の番地をしらべるプログラム
   3:	        ~yas/syspro/proc/vaddr-print.c
   4:	        Start: 1997/05/19 22:58:49
   5:	*/
   6:	#include <stdlib.h>
   7:	
   8:	void recursive( int n );
   9:	
  10:	int x1=1 ;
  11:	int x2 ;
  12:	
  13:	extern int etext, edata, end ;
  14:	
  15:	main( argc,argv,envp )
  16:	    int argc ;
  17:	    char *argv[] ;
  18:	    char *envp[] ;
  19:	{
  20:	    int x3 ;
  21:	    char *x4p ;
  22:	
  23:	        printf("&main    == 0x%08x (text)\n",&main );
  24:	        printf("&etext   == 0x%08x (text)\n",&etext );
  25:	        printf("&edata   == 0x%08x (data)\n",&edata );
  26:	        printf("&end     == 0x%08x (data)\n",&end );
  27:	
  28:	        printf("&argv[0] == 0x%08x (stack)\n",&argv[0] );
  29:	        printf(" argv[0] == 0x%08x (stack)\n", argv[0] );
  30:	        printf("&envp[0] == 0x%08x (stack)\n",&envp[0] );
  31:	        printf(" envp[0] == 0x%08x (stack)\n", envp[0] );
  32:	
  33:	        printf("&x1      == 0x%08x (data)\n",&x1 );
  34:	        printf("&x2      == 0x%08x (bss)\n",&x2 );
  35:	        printf("&x3      == 0x%08x (stack)\n",&x3 );
  36:	        x4p = malloc( 10 );
  37:	        printf("x4p      == 0x%08x (heap)\n",x4p );
  38:	        x4p = malloc( 10 );
  39:	        printf("x4p      == 0x%08x (heap)\n",x4p );
  40:	        recursive( 3 );
  41:	}
  42:	
  43:	void recursive( int n )
  44:	{
  45:	    int x5 ;
  46:	        printf("&x5      == 0x%08x (stack,%d)\n",&x5,n );
  47:	        if( n<=0 )
  48:	            return;
  49:	        recursive( n-1 );
  50:	}
----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------
% cp ~yas/syspro/proc/vaddr-print.c . 
% make vaddr-print 
cc     vaddr-print.c   -o vaddr-print
% ./vaddr-print  
&main    == 0x08048490 (text)
&etext   == 0x0804866e (text)
&edata   == 0x08049910 (data)
&end     == 0x0804992c (data)
&argv[0] == 0xbfffd984 (stack)
 argv[0] == 0xbffff966 (stack)
&envp[0] == 0xbfffd98c (stack)
 envp[0] == 0xbffff974 (stack)
&x1      == 0x08049830 (data)
&x2      == 0x08049928 (bss)
&x3      == 0xbfffd914 (stack)
x4p      == 0x08049938 (heap)
x4p      == 0x08049948 (heap)
&x5      == 0xbfffd8f4 (stack,3)
&x5      == 0xbfffd8d4 (stack,2)
&x5      == 0xbfffd8b4 (stack,1)
&x5      == 0xbfffd894 (stack,0)
% size vaddr-print 
   text    data     bss     dec     hex filename
   1815     240      28    2083     823 vaddr-print
% 
% ldd vaddr-print 
        libc.so.6 => /lib/i686/libc.so.6 (0x4002d000)
        /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
% 
----------------------------------------------------------------------

引数や環境変数は、スタックの底(0から遠い方)にある。

初期値付きの変数は、&edata 以下にある。

初期値なしの変数は、&edata と&end の間にある。

malloc() で確保したデータの番地は、&end より大きい。free() がなければ、普通は、malloc() する度に大きくなるが、この性質は保証され ていない。

スタック上の変数は、再帰呼出しの度に、番地が小さくなる。

■練習問題と課題

★練習問題 57 UDP/IPで送れるデータの大きさの上限

UDP/IP では、一度に送ることができるデータの大きさにには、実装上の制限 が付いている。これがいくつかを調べるプログラムを作りなさい。

★練習問題 58 udprelay

UDP/IP のデータを中継するようなプログラムを作りなさい。 単方向だけでなく、双方向で中継するようにしなさい。

このようなプログラムの例として、udprelay と呼ばれるプログラムがある。

★練習問題 59 UDP/IPでのアクセス制御

UDP/IP のサーバ、または、中継プログラムで、クライアントの IP アドレス によってアクセスを許したりエラーを発生させたりしなさい。

★練習問題 60 UDP/IPによるサービスの利用

daytime (13, Daytime Protocol)

rfc867.txt

time (37, Time Protocol)

rfc868.txt

★練習問題 61 kill コマンドによるシグナルの発生

signal-int.c のプロ グラムを動かし、kill コマンドを使って SIGINT (kill -INT)でシグナルを送 りなさい。そして、キーボードから intr のキー^Cを打った時と動 作を比較しなさい。

ヒント：kterm を２つ開いて、片方でこのプログラムを動かし、片方で kill コマンドを動かす。kill 引数として必要な PID は、ps コマンドで調べる。

★練習問題 62 killコマンド

★練習問題 63 ^Cで死なないプロセス

ヒント：そのシグナルを無視(SIG_IGN)するように設定する。

★練習問題 64 sigaction()の利用

★練習問題 65 setitimer()の利用

★練習問題 66 printfの番地

★練習問題 67 引数の番地