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/2011/2011-06-15/echo-server-select.html
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2011/
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_select( int portno, int ip_version );
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 int tcp_acc_port( int portno, int pf );
25: extern int fdopen_sock( int sock, FILE **inp, FILE **outp );
26: extern ssize_t writen(int fd, const void *vptr, size_t n);
27: extern ssize_t readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen);
28:
29: main( int argc, char *argv[] )
30: {
31: int portno, ip_version;
32: if( !(argc == 2 || argc==3) ) {
33: fprintf(stderr,"Usage: %s portno {ipversion}\n",argv[0] );
34: exit( 1 );
35: }
36: portno = strtol( argv[1],0,10 );
37: if( argc == 3 )
38: ip_version = strtol( argv[2],0,10 );
39: else
40: ip_version = 4; /* IPv4 by default */
41: echo_server_select( portno, ip_version );
42: }
43:
main() 関数の部分は、fork版 とほと
んど同じである。
44: void
45: echo_server_select( int portno, int ip_version )
46: {
47: int acc,com ;
48: fd_set readfds,readfds_save ;
49: int i,n, maxfds, next_maxfds ;
50:
51: acc = tcp_acc_port( portno, ip_version );
52: if( acc<0 )
53: exit( -1 );
54: print_my_host_port( portno );
55:
56: FD_ZERO( &readfds_save );
57: FD_SET( acc,&readfds_save );
58: maxfds = next_maxfds = acc + 1;
59: while( 1 )
60: {
61: readfds = readfds_save ;
62: n = select( maxfds,&readfds,0,0,0 );
63: if( n <= 0 )
64: {
65: perror("select");
66: exit( 1 );
67: }
68: if( FD_ISSET(acc,&readfds) )
69: {
70: FD_CLR( acc,&readfds );
71: if( (com = accept( acc,0,0 )) < 0 )
72: {
73: perror("accept");
74: exit( -1 );
75: }
76: FD_SET( com, &readfds_save );
77: if( com+1 > maxfds )
78: {
79: next_maxfds = com+1;
80: }
81: tcp_peeraddr_print( com );
82: }
83: for( i=0 ; i<maxfds ; i++ )
84: {
85: if( FD_ISSET(i,&readfds) )
86: {
87: if( echo_reply_once( i )<=0 )
88: {
89: printf("[%d] connection (fd==%d) closed.\n",getpid(),i );
90: close( i );
91: FD_CLR( i,&readfds_save );
92: if( maxfds == i+1 )
93: {
94: next_maxfds = find_maxfds( &readfds_save );
95: }
96: }
97: }
98: }
99: maxfds = next_maxfds ;
100: }
101: }
102:
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。
103: int
104: find_maxfds( fd_set *fds )
105: {
106: int i, maxfds ;
107: for( i=FD_SETSIZE; i>= 0; i-- )
108: {
109: if( FD_ISSET(i,fds) )
110: {
111: return( i+1 );
112: }
113: }
114: return( 0 );
115: }
116:
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。
117: #define BUFFERSIZE 1024
118:
119: int
120: echo_reply_once( int com )
121: {
122: char line[BUFFERSIZE] ;
123: int rcount ;
124: int wcount ;
125:
126: if( (rcount=readline(com,line,BUFFERSIZE)) > 0 )
127: {
128: printf("[%d] read(%d,,) %d bytes, %s",getpid(),com,rcount,line );
129: fflush( stdout );
130: if( (wcount=writen(com,line,rcount))!= rcount )
131: {
132: perror("write");
133: exit( 1 );
134: }
135: }
136: return( rcount );
137: }
138:
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。
140: print_my_host_port( int portno ) 149: tcp_peeraddr_print( int com ) 165: sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len ) 181: tcp_acc_port( int portno, int ip_version )
281: /*
282: W.リチャード・スティーブンス著、篠田陽一訳:
283: "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",
284: ピアソン・エデュケーション, 1999年. ISBN 4-98471-205-9
285: 3.9節 readn, writen, および readline 関数 (p.76)
286:
287: Richard Stevens: "UNIX Network Programming, Volume 1, Second Edition:
288: Networking APIs: Sockets and XTI", Prentice Hall, 1998.
289: ISBN 0-13-490012-X.
290: Section 3.9 readn, writen, and readline Functions (p.77)
291:
292: http://www.kohala.com/start/ (http://www.kohala.com/~rstevens/)
293: http://www.kohala.com/start/unpv12e/unpv12e.tar.gz
294:
295: */
296:
297: /* include writen */
298: /*#include "unp.h"*/
299: #include <errno.h>
300:
301: ssize_t /* Write "n" bytes to a descriptor. */
302: writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
303: {
304: size_t nleft;
305: ssize_t nwritten;
306: const char *ptr;
307:
308: ptr = vptr;
309: nleft = n;
310: while (nleft > 0) {
311: if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
312: if (errno == EINTR)
313: nwritten = 0; /* and call write() again */
314: else
315: return(-1); /* error */
316: }
317:
318: nleft -= nwritten;
319: ptr += nwritten;
320: }
321: return(n);
322: }
323:
324: /* include readline */
325: /*#include "unp.h"*/
326:
327: ssize_t
328: readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
329: {
330: ssize_t n, rc;
331: char c, *ptr;
332:
333: ptr = vptr;
334: for (n = 1; n < maxlen; n++) {
335: again:
336: if ( (rc = read(fd, &c, 1)) == 1) {
337: *ptr++ = c;
338: if (c == '\n')
339: break; /* newline is stored, like fgets() */
340: } else if (rc == 0) {
341: if (n == 1)
342: return(0); /* EOF, no data read */
343: else
344: break; /* EOF, some data was read */
345: } else {
346: if (errno == EINTR)
347: goto again;
348: return(-1); /* error, errno set by read() */
349: }
350: }
351:
352: *ptr = 0; /* null terminate like fgets() */
353: return(n);
354: }
355: /* 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-fork ![[←]](../icons/screen-return.gif)
Usage: ./echo-server-fork portno {ipversion}
$ ./echo-server-fork 1231
run telnet cosmos10(v6) 1231
[12992] connection (fd==4) from 130.158.86.151:62135
[13008] read(4,,) 5 bytes, 012
[12992] connection (fd==4) from 130.158.86.151:62136
[13026] read(4,,) 5 bytes, abc
[13026] read(4,,) 5 bytes, def
[13026] connection (fd==4) closed.
[13008] read(4,,) 5 bytes, 345
[13008] connection (fd==4) closed.
^C
$ ![[]](../icons/screen-cursor.gif)
クライアント側（その１）。
$ telnet cosmos10 1231
Trying 130.158.86.150...
Connected to cosmos10.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 cosmos10 1231
Trying 130.158.86.150...
Connected to cosmos10.coins.tsukuba.ac.jp.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
^]
telnet> ^D
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。
fork版では、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 fgets() 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。