システムプログラム（第7回）: 受け取った文字列をそのまま返すサーバ(fork無し版)

                                       筑波大学 システム情報系 情報工学域
                                       新城 靖
                                       <yas@cs.tsukuba.ac.jp>

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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~syspro/2019/
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/

echo-server-nofork-fdopen.c

主要部分は、講義資料のメインのページにある。 このページにあるもの、その他の細かい部分である。

print_my_host_port()

 120:	#define HOST_NAME_MAX 256
 121:	void
 122:	print_my_host_port( int portno )
 123:	{
 124:	        char hostname[HOST_NAME_MAX+1] ;
 125:	
 126:	        gethostname( hostname,HOST_NAME_MAX );
 127:	        hostname[HOST_NAME_MAX] = 0 ;
 128:	        printf("run telnet %s %d \n", hostname, portno );
 129:	}

2019年6月現在、coins では、同じホスト名で IPv4 と IPv6 の両方のアドレス を登録している。多くのサービスでは、両方のアドレスでサービスを提供して いるが、一報のアドレスでのみサービスを提供していることもある。 そのような場合、片方のアドレスで接続を試みて時間切れを起こした後に別の アドレスで接続を試みるとしう処理が入るために、応答時間が増大することが ある。

tcp_sockaddr_print()

 131:	void
 132:	tcp_sockaddr_print( int com )
 133:	{
 134:	        struct sockaddr_storage addr ;
 135:	        socklen_t addr_len ; /* MacOSX: __uint32_t */
 136:	
 137:	        addr_len = sizeof( addr );
 138:	        if( getsockname( com, (struct sockaddr *)&addr, &addr_len  )<0 )
 139:	        {
 140:	                perror("tcp_peeraddr_print");
 141:	                return;
 142:	        }
 143:	        printf("[%d] accepting (fd==%d) to ",getpid(),com );
 144:	        sockaddr_print( (struct sockaddr *)&addr, addr_len );
 145:	        printf("\n");
 146:	}
 147:	

tcp_peeraddr_print()

 148:	void
 149:	tcp_peeraddr_print( int com )
 150:	{
 151:	        struct sockaddr_storage addr ;
 152:	        socklen_t addr_len ; /* MacOSX: __uint32_t */
 153:	
 154:	        addr_len = sizeof( addr );
 155:	        if( getpeername( com, (struct sockaddr *)&addr, &addr_len  )<0 )
 156:	        {
 157:	                perror("tcp_peeraddr_print");
 158:	                return;
 159:	        }
 160:	        printf("[%d] connection (fd==%d) from ",getpid(),com );
 161:	        sockaddr_print( (struct sockaddr *)&addr, addr_len );
 162:	        printf("\n");
 163:	}
 164:	

sockaddr_print()

 165:	void
 166:	sockaddr_print( struct sockaddr *addrp, socklen_t addr_len )
 167:	{
 168:	        char host[BUFFERSIZE] ;
 169:	        char port[BUFFERSIZE] ;
 170:	
 171:	        if( getnameinfo(addrp, addr_len, host, sizeof(host),
 172:	                        port, sizeof(port), NI_NUMERICHOST|NI_NUMERICSERV)<0 )
 173:	                return;
 174:	        if( addrp->sa_family == PF_INET )
 175:	                printf("%s:%s", host, port );
 176:	        else
 177:	                printf("[%s]:%s", host, port );
 178:	}
 179:	

getnameinfo() が使われている部分では、以前は、gethostbyaddr() が使われ ていた。gethostbyaddr() は、IPv6 には対応していない。

tcp_acc_port()

 180:	#define PORTNO_BUFSIZE 30
 181:	
 182:	int
 183:	tcp_acc_port( int portno, int ip_version )
 184:	{
 185:	        struct addrinfo hints, *ai;
 186:	        char portno_str[PORTNO_BUFSIZE];
 187:	        int err, s, on, pf;
 188:	
 189:	        switch( ip_version )
 190:	        {
 191:	        case 4:
 192:	                pf = PF_INET;
 193:	                break;
 194:	        case 6:
 195:	                pf = PF_INET6;
 196:	                break;
 197:	        case 0:
 198:	        case 46:
 199:	        case 64:
 200:	                pf = 0;
 201:	                break;
 202:	        default:
 203:	                fprintf(stderr,"bad IP version: %d.  4 or 6 is allowed.\n",
 204:	                        ip_version );
 205:	                goto error0;
 206:	        }
 207:	        snprintf( portno_str,sizeof(portno_str),"%d",portno );
 208:	        memset( &hints, 0, sizeof(hints) );
 209:	        ai = NULL;
 210:	        hints.ai_family   = pf ;
 211:	        hints.ai_flags    = AI_PASSIVE;
 212:	        hints.ai_socktype = SOCK_STREAM ;
 213:	        if( (err = getaddrinfo( NULL, portno_str, &hints, &ai )) )
 214:	        {
 215:	                fprintf(stderr,"bad portno %d? (%s)\n",portno,
 216:	                        gai_strerror(err) );
 217:	                goto error0;
 218:	        }
 219:	        if( (s = socket(ai->ai_family, ai->ai_socktype, ai->ai_protocol)) < 0 )
 220:	        {
 221:	                perror("socket");
 222:	                goto error1;
 223:	        }
 224:	
 225:	#ifdef  IPV6_V6ONLY
 226:	        if( ai->ai_family == PF_INET6 && ip_version == 6 )
 227:	        {
 228:	                on = 1;
 229:	                if( setsockopt(s,IPPROTO_IPV6, IPV6_V6ONLY,&on,sizeof(on)) < 0 )
 230:	                {
 231:	                        perror("setsockopt(,,IPV6_V6ONLY)");
 232:	                        goto error1;
 233:	                }
 234:	        }
 235:	#endif  /*IPV6_V6ONLY*/
 236:	
 237:	        if( bind(s,ai->ai_addr,ai->ai_addrlen) < 0 )
 238:	        {
 239:	                perror("bind");
 240:	                fprintf(stderr,"Port number %d\n", portno );
 241:	                goto error2;
 242:	        }
 243:	        on = 1;
 244:	        if( setsockopt( s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on) ) < 0 )
 245:	        {
 246:	                perror("setsockopt(,,SO_REUSEADDR)");
 247:	                goto error2;
 248:	        }
 249:	        if( listen( s, 5 ) < 0 )
 250:	        {
 251:	                perror("listen");
 252:	                goto error2;
 253:	        }
 254:	        freeaddrinfo( ai );
 255:	        return( s );
 256:	
 257:	error2:
 258:	        close( s );     
 259:	error1:
 260:	        freeaddrinfo( ai );
 261:	error0:
 262:	        return( -1 );
 263:	}
 264:	

この関数の引数は、ポート番号(整数値)と IP のバージョン(4、6、46、64、または0の整数値)を取る。 まず、IPのバージョンに応じて、Protocol Family (PF_) を選択している。 socket() の引数で、PF_INET/PF_INET6 の変りに、AF_INET/AF_INET6 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。

次に、getaddrinfo() を使って、socket() システム・コール、および、 bind() システム・コールに渡すためのパラメタを整えている。 hints.ai_family には、 PF_INET か PF_INET6 を設定している。 hints.ai_socktype に SOCK_STREAM を設定している。これにより、TCP を意味 する。ポート番号は、引数で与えられたもの(を、文字列に変換したもの)を指 定している。

hints.ai_flags には、AI_PASSIVE を指定し、 getaddrinfo() の第一引数とし て NULL を指定している。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。IPv4 の時代には、IPアドレスとして INADDR_ANY という定数を指定することが一般的であった。

次に、クライアント側と同様に、ソケットを、socket() システムコールで作成 している。 PF_INET と SOCK_STREAMの組み合わせ または、 PF_INET6 と SOCK_STREAMの組み合わせ なので、TCP を使うことを意味する。

IPv6 の場合(ip_version==6の場合)、setsockopt() で IPV6_V6ONLY というオ プションを有効にしている。これで、IPv6 が指定された時には、IPv6 のみで 接続要求を受け付ける。このオプションをつけないと、 IPv4 でも要求を受け付ける。この場合、クライアントのアドレスは、 dnl IPv4射影アドレス（IPv4-mapped address） になる。

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 アドレスとポート番号は、 getaddrinfo() で返されたものを使っている。

次に、setsockopt() で、SO_REUSEADDR オプションを設定している。これによ り、同じ IP アドレスとポート番号で(連続して)サービスを提供することがや りやすくなる。ただし、可能性は低いが、前のプロセスと新しいプロセスで、 通信内容が混じってしまう危険性がある。

次に、listen() システムコールにより、要求受け付けを開始する。第２引数 は、最大何個のクライアントを接続要求待ちで待たせるか（待ち行列の長さ） を指定する。 重たいサーバを設計する時には、キューの長さを調節する。Apache (WWW サー バ) などでは、500 程度になっていることがある。

注意：このプログラムには 複数のクライアントに対してサービスを同時に提供できない という問題がある。

IPv4射影アドレス（IPv4-mapped address）

$ host aloe30 
aloe30.coins.tsukuba.ac.jp has address 130.158.230.30
aloe30.coins.tsukuba.ac.jp has IPv6 address 2001:2f8:3a:1711::230:30
$ hostname 
aloe30.local
$ ifconfig en0 
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
        ether 38:f9:d3:02:71:66
        inet6 fe80::823:c7de:f6d:2a4a%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0x6
        inet6 2001:2f8:3a:1711::230:30 prefixlen 64
        inet 130.158.230.30 netmask 0xfffffe00 broadcast 130.158.231.255
        nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
        media: autoselect
        status: active
$ 

• IPv4: 130.158.230.30
• IPv6: 2001:2f8:3a:1711::230:30
• (IPv6: fe80::823:c7de:f6d:2a4a%en0)

• IPv4: 130.158.230.30

• IPV6_V6ONLYを有効にした時: IPv6: 2001:2f8:3a:1711::230:30
• IPV6_V6ONLYを有効にしなかった時: IPv6: 2001:2f8:3a:1711::230:30, IPv4: 130.158.230.30 (==IPv6: ::ffff:130.158.230.30)

次の例では、echo-server-nofork-fdopen は、IPv4 のホストから接続要求を受 け付けている。IPv6 のサーバは、::ffff で始まるIPv4射影アドレスからアク セスされたものとしてサービスを提供している。

$ ./echo-server-nofork-fdopen 1231 
run telnet aloe30.local 1231
[98072] accepting (fd==4) to [::]:1231
[98072] accepting incoming connections (acc==4) ...
[98072] connection (fd==5) from [::ffff:130.158.230.30]:51082
[98072] received (fd==5) 5 bytes, [abc
]
[98072] received (fd==5) 5 bytes, [def
]
[98072] received (fd==5) 5 bytes, [ghi
]
[98072] connection (fd==5) closed.
[98072] accepting incoming connections (acc==4) ...
^C
$ 

$ host aloe30 
aloe30.coins.tsukuba.ac.jp has address 130.158.230.30
aloe30.coins.tsukuba.ac.jp has IPv6 address 2001:2f8:3a:1711::230:30
$ telnet aloe30 1231 
Trying 130.158.230.30...
Connected to aloe30.
Escape character is '^]'.
abc
abc
def
def
ghi
ghi
^]
telnet> quit
Connection closed.
$ 

このように、IPv6 で意図せず IPv4 でもサービスを提供するとセキュリ ティ上の問題が生じることがある。たとえば、あるホストからのアクセスを禁 止しようとして、通常の IPv6 のアドレスで禁止する設定をしていたとしても、 IPv4 からアクセスされた時にはIPv4射影アドレスを通じて接続を許可してしま うことがある。

fdopen_sock()