DSIK – Zajęcia 4 – Nieblokujące programowanie gniazd.

List

DSIK – Zajęcia 4 – Nieblokujące programowanie gniazd.

April 4, 2016 | Maciej Kalkowski | Classes, Classes, Computer Networks

Opis problemu

Załóżmy, że napisaliśmy program działający jako serwer pewengo protokołu (np. xmpp), który oczekuje na komunikaty od użytkownika, ale jednocześnie co stały okres czasu wysyła mu pewne informacje (np. o zmianie statusu innych użytkowników).

Poniższy kod pokazuje działanie najprostszego programu czytającego dane z deskryptora i wykonującego na nich operacje:

char c[20]; int i;
while( i=read(sock, &amp;c, 20)&gt;0) do_something(&amp;c,i);

1 2	char c[20]; int i; while( i=read(sock, &c, 20)>0) do_something(&c,i);

Problem, na który trafiamy to np.:

odbiór danych od wielu użytkowników (z wielu różnych socketów) w jednym procesie,
jednoczense oczekiwania na dane od strony użytkownika i niezależna od tego możliwość wysłania do użytkownika pewnych danych.

Do dyspozycji mamy jeden deskryptor, więc to co chcemy zrobić to oczekiwać na dane z niego pochodzące, ale z możliwością przerwania tego oczekiwania i wykonania innego zadania (np. zapisania do socketu komunikatu lub odczytania z innego socketu komunikatu).

char c[20]; int i;
while (1)
{
	i=read(sock1, c,20);
	if (i&gt;0)
		do_something(c,i)
	else if (i==-1)
		perror("Blad read(sock1,...)");

	i=read(sock2, c,20);
	if (i&gt;0)
		do_something(c,i)
	else if (i==-1)
		perror("Blad read(sock2,...)");
}

char c[20]; int i;

while (1)

{

i=read(sock1, c,20);

if (i>0)

do_something(c,i)

else if (i==-1)

perror("Blad read(sock1,...)");

i=read(sock2, c,20);

if (i>0)

do_something(c,i)

else if (i==-1)

perror("Blad read(sock2,...)");

}

W powyższym przykładzie funkcja read(sock1,c,20) zadziała w sposób blokujący – tj. do czasu aż nie otrzymamy danych w sock1, funkcja zablokuje działanie programu.

Rozwiązanie 1

Poniżej prezentujemy metodę na ustawienie deskryptora tak by nie był blokujący (tj. by operacja odczytu nie zatrzymywała działania aplikacji):

char c[20]; int i;
fcntl(sock1,F_SETFL, fcntl(sock1,F_GETFL)|O_NONBLOCK ); //ustawiamy sock1 by nie był blokujący
fcntl(sock2,F_SETFL, fcntl(sock2,F_GETFL)|O_NONBLOCK ); //ustawiamy sock2 by nie był blokujący
while(1)
{
	....

char c[20]; int i;

fcntl(sock1,F_SETFL, fcntl(sock1,F_GETFL)|O_NONBLOCK ); //ustawiamy sock1 by nie był blokujący

fcntl(sock2,F_SETFL, fcntl(sock2,F_GETFL)|O_NONBLOCK ); //ustawiamy sock2 by nie był blokujący

while(1)

{

....

Rozwiązanie 2

Funkcja select czeka aż jeden z grupy deskryptorów readfds będzie gotowy do odczytu lub jeden z grupy deskryptorów writefds będzie gotowy do zapisu (lub jeden z grupy deskryptorów exceptfds) będzie miał wyjątki. Struktura tiemout zawiera maksymalny czas czekania.
W przypadku gdy którąś grupę deskryptorów ustawimy na NULL, select nie będzie na nie czekała.

Funkcja:

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout) – funkcja pozwalająca na monitorowanie kilku deskryptorów (należących do zbioru o nazwie exceptfds) czekająca aż jeden z nich będzie gotowy do wykonania operacji I/O (tj. deskryptory readfds do operacji read, writefds do operacji write), w przypadku braku gotowości, funkcja kończy swoje działanie po upłynięciu czasu określonego w timeout),
int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask) – funkcja dla chętnych.

Makra FD:

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset) – usuwa deskryptor fd ze zbioru fdset,
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset) – sprawdza czy deskryptor fd jest elementem zbioru fdset,
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset) – dodaje deskryptor fd do zbioru fdset,
void FD_ZERO(fd_set *fdset) – czyści zbiór fdset,

int main()
{
	.......
	.......
	//deklaracja grupy deskryptorów o nazwie Read0  oraz struktury timeval
	fd_set Read0;
	struct timeval tv;


	while(1) {
		// ustawiamy tv na 4 sekundy
		tv.tv_sec = 4;
		tv.tv_usec = 0;

		//zerujemy Read0
		FD_ZERO(&amp;Read0);

		//dodajemy sock1 i sock2 do grupy Read0
		FD_SET(sock1, &amp;Read0);
		FD_SET(sock2, &amp;Read0);

		//wywołyjemy blokującą funkcję select 
		select(FD_SETSIZE, &amp;Read0, NULL, NULL, &amp;tv);
		
		if( FD_ISSET(sock1,&amp;Read0) ) { 
			read(sock1,c,40); 
			do_something(....)
		}
		if( FD_ISSET(sock2,&amp;Read0) ) { 
			read(sock2,c,40); 
			do_something(....)
		}
	}	
}

int main()

{

.......

//deklaracja grupy deskryptorów o nazwie Read0 oraz struktury timeval

fd_set Read0;

struct timeval tv;

while(1) {

// ustawiamy tv na 4 sekundy

tv.tv_sec = 4;

tv.tv_usec = 0;

//zerujemy Read0

FD_ZERO(&Read0);

//dodajemy sock1 i sock2 do grupy Read0

FD_SET(sock1, &Read0);

FD_SET(sock2, &Read0);

//wywołyjemy blokującą funkcję select

select(FD_SETSIZE, &Read0, NULL, NULL, &tv);

if( FD_ISSET(sock1,&Read0) ) {

read(sock1,c,40);

do_something(....)

}

if( FD_ISSET(sock2,&Read0) ) {

read(sock2,c,40);

do_something(....)

}

Zadania:

Napisz aplikację serwera i klienta, która bedzie działała jak “mini czat”. Serwer po uruchomieniu będzie nasłuchiwał na porcie 10000, a po połączeniu klienta pozwoli na komunikację użytkownikowi serwera i użytkownikowi klienta poprzez przesyłanie całych linii tekstu odczytanego z klawiatury.

Posts

May 20th, 2017

Different kernel types

https://en.wikipedia.org/wiki/Kernel_%28operating_system%29#Kernel-wide_design_approaches https://en.wikipedia.org/wiki/Unikernel https://en.wikipedia.org/wiki/Exokernel https://en.wikipedia.org/wiki/Nemesis_%28operating_system%29 http://windowsitpro.com/windows-server/top-ten-what-you-need-know-about-microsoft-nano-server

April 21st, 2017

Maciej Kalkowski

Webpage and blog