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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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
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
%
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。