ネットワークプログラミング第 9 回「応用ネットワークプログラミング（１）」

２００8年秋学期 Rodney Van Meter ネットワークプログラミング第9回「応用ネットワークプログラミング（１）」

今期の授業スケジュール（予定） 第１回：イントロダクション第２回：C言語の基礎～関数・変数・Makefile 第３回：C言語の基礎～コマンドライン引数・構造体・ポインタ第４回：C言語の基礎～ポインタと配列・リスト構造 (10/20)‏ 第５回：File I/O・ネットワークプログラミング (10/27) 第６回：ネットワークとプログラミング（１） (11/10)‏ 第7回：ネットワークとプログラミング（２） (11/17) 第8回：ネットワークとプログラミング（3） (12/1)‏ 第9回：応用ネットワークプログラミング（１） (12/8)‏ 第１0回：応用ネットワークプログラミング（２） (12/15)‏ 第１1回：ミニプロ中間発表　(12/22!) 第１2回：ミニプロ ()‏ 第１3回：ミニプロ () 最終発表

ミニプロについて グループでプログラムを作る OSは問わない一応、公式サポート環境はccx 他の環境でもTA/SAは（できるだけ）頑張りますネットワークを使うプログラムプログラムの難易度独創性

ミニプロの中間発表について Problem (or project) definition (Related work) Key idea How you will evaluate it Schedule NOT 実装、評価、論文執筆!

ミニプロの中間発表について(2) Team members Division of responsibility How you will work together What programming environment? What source code control (svn, cvs, rcs...?) Plan for APIs, functional definition Testing plan

ミニプロの提出 提出は、ソースコードならびにレポート提出ソースコードにはコメントを付加日本語　or　英語レポートには以下の項目を含める何を作ったのか使用方法面白さ実行環境

ミニプロのプレゼン 中間発表再来週何を作るかをプレゼンする A4 2-3枚程度のレジュメを作成する最終発表授業最終回を予定できあがりをプレゼンする評価

ミニプロのメンバー 申請したい人は12/8(火)までにメール最大人数: 3-4人申請が無い人はこちらで振り分けます

今日のお題(forkします)‏ 講義前回のおさらい TCP-server listen()‏ accept()‏ fork サーバの挙動プロセス練習1：　forkに慣れよう実習：平行サーバを作成

TCP 通信の流れ(server)‏ TCP Server socket()‏ TCP client bind()‏ socket()‏ listen()‏ establish connect()‏ accept()‏ write()‏ data read()‏ write()‏ data read()‏ read()‏ end close()‏ close()‏

fork

よくあるサーバー 複数のクライアントから同時にアクセスを受けるサーバー集中！クライアントクライアントクライアントクライアントクライアントクライアント

(前回の‘使い方例’)の問題点 一つのクライアントに対応している間は、他のクライアントに対応できない！複数のクライアントが一度にアクセスした場合を考慮しなければいけないどこがネックか？ accept()を多重化して実行できると良い？実際の処理を多重化して実行できると良い？

サーバの気持ちになってみよう たくさんのソケットを扱ったり，めんどくさいことはしたくないいちいちソケットを検査するのが面倒どれにどれだけ時間がかけられるんだ？沢山のクライアントが接続してきたら，大変

自分の分身を作ればいいんだ！ 仕事は全部，分身にまかせよう親の仕事は，コネクションがきたときに分身を作ることだけ親プロセス子プロセス二号子プロセス一号 t

平行処理(concurrent processing)‏ 素早い応答多くの要求を処理 server listen()‏ accept()‏ fork()‏ C1 connect()‏ read()‏ write()‏ recv()‏ send()‏ C1:process C2 C2 C3 C4 C3 C4

分身のための関数 forkシステムコール int fork(); 自分とまったく同じ複製プロセスを作るシステムコール自分がコピーかどうかわからなくならない？ 0が帰ってきたら自分は子プロセス正の整数が帰ってきたら自分はfork()を呼び出した親プロセス -1は失敗

プロセスを見る Linux系(ccx00)‏ % ps –aux Solaris % ps –efj BSD系 % ps auxj USER PID PPID PGID …………… COMMAND nobody 123 89 89 …………… httpd

プログラムの実行とプロセス 親プロセス子プロセスプログラムプログラム } 生成生成 fork()‏ 実行プログラム main(int argc, char *argv)‏ { struct sockaddr_in me, peer; ……. if(pid = fork()) == 0) { child process. } else if(pid > 0) { parenet process. } else { error process. } } ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・コピープロセスプロセス OS

親と子の区別fork()の返り値 int childpid; childpid = fork(); 親側子側 if(childpid > 0){ 親の処理; } else if(childpid == 0){ 子の処理 }

よくあるサーバでの処理の流れ 時間のかかるサービス(telnet，ssh，ftpなど)を提供するサーバでよくある処理接続要求があったら，acceptして，とりあえずfork(); 子プロセスだったら、サービスの提供開始親プロセスだったら、接続要求待ち自分でたくさんのソケットの面倒を見なくてよい

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタサーバクライアント1 クライアント2 listen()してクライアントからのリクエストを待っている状態クライアント3

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタリクエストサーバクライアント1 クライアント2 クライアントからリクエストが飛んで来た(accept()する直前)‏ クライアント3

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタ accept()‏ リクエストサーバ fork()‏ クライアント1 サーバ(子)‏ クライアント2 サーバ側でaccept()し、子プロセスを生成クライアント3

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタサーバ(親)‏ クライアント1 サーバ(子)‏ クライアント2 親プロセスはaccept()が作成したファイルディスクリプタを閉じ、子プロセスはlisten()しているファイルディスクリプタを閉じるクライアント3

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタサーバ(親)‏ クライアント1 サーバ(子)‏ クライアント2 子プロセスがクライアント1からのリクエストを処理親プロセスは他のクライアントからの接続要求を待ちつづけるクライアント3

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みfork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組みファイルディスクリプタ accept()‏ サーバ(親)‏ クライアント1 fork()‏ サーバ(子)‏ クライアント2 サーバ(子)‏ クライアント3 新たなクライアントからのリクエストを受け付けると、再び fork()し子プロセスを作成する

練習1： forkに触れてみよう(次ページに解説あり)‏ #include <sys/types.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> intmain(int argc, char *argv[]){ int pid; int number = 5; char buf[1]; printf("original process id: %d\n", getpid()); printf("original parent process id: %d\n", getppid()); if( (pid = fork()) == 0){ /* child process */ printf("this is child process\n"); number += 10; printf("number: %d\n", number); printf("fork() return value: %d\n", pid); printf("child process id: %d\n", getpid()); printf("child parent process id: %d\n", getppid()); } else if(pid > 0){ /* parent process */ printf("this is parent process\n"); number += 20; printf("number: %d\n", number); printf("fork() return value: %d\n", pid); printf("parent process id: %d\n", getpid()); printf("parent parent process id: %d\n", getppid()); } else { perror("fork()"); } printf("number: %d\n", number); exit(0); }

練習1：覚えた方がお得かも int getpid()‏ プロセスidを取得 int getppid()‏ 親プロセスidを取得

練習1：重要な点① forkの基本構文 int pid; if( (pid = fork()) == 0){ /* child process */ } else if(pid > 0){ /* parent process */ } else { perror("fork()"); }

練習1：重要な点② 変数がコピーされる int numberの中身を考えてみよう別のメモリ領域が確保される original process id: 21146 original parent process id: 20587 this is child process number: 15 fork() return value: 0 child process id: 21147 child parent process id: 21146 number: 15 this is parent process number: 25 fork() return value: 21147 parent process id: 21146 parent parent process id: 20587 number: 25 press enter

fork()を利用した並行サーバの注意点　　（親プロセスの義務）fork()を利用した並行サーバの注意点　　（親プロセスの義務）子プロセスが終了すると、「どのような死に様だったか」が親プロセスに伝えられるシステムが親プロセスに通知シグナルを利用非同期な事象をプログラムで扱うための方法親プロセスは子プロセスの死に様を見届けなければならない親プロセスが子プロセスの終了状態を受け取らなくては，子プロセスは成仏できずにゾンビプロセスに変わる psコマンドで確認すると，a.out <defunct>と表示される子プロセスが死んで，終了状態を受け取らずに親プロセスが死ぬと，ゾンビプロセスがいつまでも残る子プロセスが終了する前に親プロセスが死ぬと？プロセスID１のinitが養子として引き取ってくれる

終了状態の受け渡し 親プロセス子プロセス子プロセス

終了状態の受け渡し 親プロセス子プロセス子プロセス終了（正常/異常)‏

終了状態の受け渡し 親プロセスゾンビプロセス子プロセス終了（正常/異常)‏

終了状態の受け渡し 親プロセス終了した子プロセスから状態を取得する終了（正常/異常)‏ ゾンビプロセス子プロセス

終了状態の受け渡し 親プロセス正確にはプロセスを管理しているOSから通知されるシグナル SIGCHLD ゾンビプロセス子プロセス

終了状態の受け渡し 親プロセスゾンビプロセス子プロセス消滅

親プロセスの義務 つまり、子プロセスが終了したというシグナルを受け取ったら「南無阿弥陀仏」と唱えなければいけない子プロセスの終了状態(ステータス)を受け取る呪文：　wait()　システムコール子プロセスの状態を受け取り、変数へ代入子プロセスの終了状態から、適切な処理を進められる注意：　シグナルのキューイング複数のシグナルを同時に受信しても「１つ」しか通知されない複数の子プロセスが同時に死んだ場合の処理を工夫

時間的な処理の流れ シグナルハンドラ何かの処理子プロセスの終了(シグナル発生)‏ 自動的に呼ばれる処理終了中断した所から実行を再開

waitシステムコール群 子プロセスの状態(ステータス)を取得するためのシステムコール pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t wpid, int *status, int option); 子プロセスのpidが戻り値失敗: -1

wait()とwaitpid()の違い waitは子プロセスが終了する（ほんとは状態が変わる）までブロックする親プロセスは別の処理を行えない。 waitpid() (see also wait4() on some OSes) ブロックしないようにするオプションがある。 WNOHANG 戻り値0は、もう状態の変化したプロセスがない場合 pidを指定できる -1 を指定すると最初に状態の変化した子プロセス 0を指定すると、同一プロセスグループidを持つ子プロセス

サンプルコード void sig_child(int signo)‏ { int pid, status; while((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) { printf("PID: %d, terminated\n", pid); } } int main(int argc, char *argv[])‏ { …. signal(SIGCHLD, sig_child); …. }

実習以前つくったTCP-echo-severをforkを用いて並行処理可能にする前回とに違い Server: forkするクライアントから“bye”を受け取ると通信を終了する bye以外は全てclientにエコーする waitpidする(子プロセスの終了を受け取る)‏ 複数クライアントからサーバに接続し，psコマンドを用いてforkが出来ていることを確認すること

知っておきたいシグナル SIGINT Ctrl-Cにバインドされていて、プロセスを終了するためによく使われる SIGTERM これもプロセスを終了するためによく使われる。killコマンドがdefaultで送るシグナル SIGTSTP Ctrl-Zにバインドされていて、プロセスをサスペンドするためによく使われる。 SIGCHLD fork()で作成した子プロセスがexit()したことを通知するシグナル。これを受けて wait() などの後処理を走らせる SIGALRM alarm()によって指定された秒数後に送られるシグナル。タイマーの実装でよく使う

シグナルをする時 kill(pid_t pid, int sig)というシステムコール pid == どちのプロセスに送る sig == シグナルナンバー

シグナルハンドラの指定：　signal()‏ void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int); 指定したシグナル発生時に呼び出される関数（シグナルハンドラ）へのポインタを指定する以前に設定されていたシグナルハンドラを指すポインタが戻り値 Signoは捕捉するシグナル funcはシグナルハンドラへのポインタ第2引数のfuncは引数として整数をひとつとり、戻り値を返さない関数へのポインタ

ネットワークプログラミング 第 9 回「 応用ネットワークプログラミング（１）」