7.4 Kommunikation

1. 7.4 Kommunikation • Kommunikation zwischen Benutzerprozessen (IPK) stellt • andere Anforderungen als auftragsorientierte Kommunikation • in mikrokernbasierten Betriebssystemen, vor allem •  großzügige Pufferung, •  sowohl Auftragsbeziehungen als auch • Nachrichten- oder Byte-Ströme, •  sowohl lokal als auch übers Netz • Ein/Ausgabe !

2. 7.4.1 Pipes Zur Erinnerung (2.4): Pipe = Byte-Puffer fester Größe,  erzeugt mitpipe(channel),  benutzt mitread(channel[0]) für das Empfangen von Bytes (kann blockieren),  benutzt mitread(channel[1]) für das Senden von Bytes (kann blockieren!),  eingesetzt für Byteströme zwischen „verwandten“ Prozessen.

3. read write • Gepufferte Repräsentation: • - typischerweise 0 – 4 KB, • - entweder in anonymer Datei fester Größe, die durchpipe • eingerichtet wird, • - oder desgl. auf „RAM disk“ (da nicht notwendig persistent) • - oder in speziellem Arbeitsspeicherbereich; • - channel[0] undchannel[1] verweisen auf zwei • Iteratoren mir unabhängigen Lese- bzw. Schreibzeigern, • die zyklisch durch den Puffer wandern.

4. 7.4.2 Benannte Pipes (named pipes, fifo special files, fifos)  sind Zwitter zwischen Dateien und Pipes,  erlauben IPK zwischen beliebigen Prozessen,  typischerweise mit Pufferkapazität 0. Erzeugung: mknod(path,(mode&0777)|S_IFIFO,0)* oder mkfifo(path,mode) oder Befehl mkfifo [–m mode] path

5. Benutzung z.B. so: >: mkfifo buffer >: ls -l prw------- 1 lohr institut 0 Jul 10 11:08 buffer >: process input1 >buffer & >: process input2 >buffer & >: more buffer zeigt gemischte Ausgabe  Kapazität 0: Sender wartet, bis Empfänger übernimmt  Empfänger erhält EOF, wenn jeder Sender seinen Kanal geschlossen hat

6. Beachte: mit benannten Pipes lassen sich nicht nur Pipelines, sondern beliebige Datenflußgraphen aufsetzen ! c 2 4 f a 1 d 6 b g 3 5 e >: mkfifo a b c d e f g >: 1 a b & 2 a c & 3 b d e & 4 c d f & 5 e g & 6 f g

7. 7.4.3 Message Queues (Unix) •  werden im Arbeitsspeicher gehalten, •  sind unabhängig von den Lebensdauern ihrer Benutzer, •  übertragen Einzelnachrichten, •  werden durch einen Schlüssel (Typ key_t) identifiziert. • msqid = msgget(key,msgflag) • erzeugt und/oder öffnet die M.Q. key • mit Zugriffsrechten gemäßmsgflag

8. Senden und Empfangen: • fd = msgsnd(msqid,&buffer,length,flag) • bufferist vom Typ • struct msgbuf {long mtype; • char mtext[1]; • } • msgrcv(msqid,&buffer,length,type,flag)

9. 7.4.3 Sockets („socket“ = Steckdose) • dienen vorwiegend der Kommunikation im Netz • (aber auch lokal einsetzbar, dann ähnlich wie Pipes) • Socket = Duplex-Kanalanschluss (Senden und Empfangen) • mit unterschiedlich wählbaren Semantiken Prozess P Prozess Q   Socket 1 Socket 2

10. 7.4.3.1 Benutzung von Sockets 1. Erzeugung 2. Namensgebung 3. Binden an anderen Socket 4. Duplex-Kommunikation über den so entstandenen Kanal Alternative Semantiken:  zuverlässiger Byte-Strom oder  Einzelnachrichten ohne Reihenfolgegarantie, ohne Schutz gegen Verlust

11. Erzeugung eines – ungebundenen – Socket: int socket(int family, int type, int protocol) prozeßlokale Protokoll- Dienst Protokoll Socket-Nummer Familie (i.d.R. 0 [Null]) (file descriptor!)

12. Benennung eines Socket • mit netzweit eindeutigem Namen, bestehend aus •  Internet-Adresse des Rechners (IP address) •  Port-Nummer (lokal) int bind(int socket, struct sockaddr *address, int addrlen) (Protokollfamilie, Port-Nummer , Internet-Adresse)

13. SOCK_DGRAMfür Internet: unzuverlässige Nachrichtenübertragung mit UDP int sendto(int socket, char *buffer, int length, int flags, struct sockaddr *to, int addrlen) Absender socket sendet an Adressat to int recvfrom(int socket, char *buffer, int length, int flags, struct sockaddr *from, int *addrlen) socket empfängt an ihn gesendete Nachricht sowie deren Absender Pufferung der Nachrichten teils beim Sender, hauptsächlich aber beim Empfänger

14. SOCK_STREAMfür Internet: • zuverlässiger Byte-Strom mit TCP • Orientierung an Szenario Auftraggeber/Auftragnehmer : • 1. Klient stellt Verbindung mit Server her; • 2. sodann Nachrichtenaustausch • mittels • (Klient) (Server) • write(s1,request,length); • read(s3,request,length); • ... • write(s3,reply,length); • read(s1,reply,length);

15. Herstellung der Verbindung: (Klient) (Server) s1 = socket(...); s2 = socket(...); [bind(s1,..); ]bind(s2,&local,l); listen(s2, qlength); connect(s1,&dst,l); s3 = accept(s2,&src,&l); write(s1,..); read(s3,..); ... ... close(s1); close(s3); ( Stattwrite/readauchsend/recv(.,.,.,flags) ! )

16. Java unterstützt das Arbeiten mit Sockets durch Bibliotheksklassen Socket, ServerSocket, DatagramSocket, MulticastSocket, ..... siehejava.net.*

17. 7.4.3.2 Implementierung von Sockets • Protokollfamilie PF_UNIX: wie Pipes • Protokollfamilie PF_INET: • Transportsystem des Internet, bestehend aus • Treiber des Netzanschlusses (network interface) • + Internet-Kommunikationsprotokolle:

18. Protokollhierarchie: Software ist in Schichten strukturiert • Anwendung (application) • Darstellung (presentation) • Sitzung (session) • Transport (transport) • Vermittlung (network) • Sicherung (data link) • Bitübertragung (physical !) • ISO OSI Anwendungsprotokolle: TELNET, FTP, HTTP, . . . TCP, UDP IP (Netztreiber) Internet (Systemschnittstelle - Sockets) Anwendungssystem Transportsystem

19. Protokollstapel (protocol stack) ist •  entweder fest eingebaut •  oder dynamisch modifizierbar durch • Einziehen/Löschen von Schichten: • Streams, • bestehend aus einer Folge von Modulen, existieren • zwischen Benutzerprozess und Netzanschluss • stream head • nimmt socket-bezogene Systemaufrufe entgegen

20. Beachte: Streams  sind auch bei Pipes einsetzbar,  erlauben dynamisches Einfügen von Treibern ! • Systemaufruf in Unix: wiederum • ioctl(channel,command,arg) • mit typischencommand-Werten • I_PUSH Einfügen eines Moduls • hinter dem stream head • I_POP Entfernen ... • ...