ネットワークプログラミング第 9 回「...

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」#9 Applied Network Programming (last lecture!)

２０ 10年秋学期Rodney Van Meter

今期の授業スケジュール（予定）第１回 9/28 ： Introduction / イントロダクション第２回 10/5： C Basics～ Functions, Variables, Data

Types・Makefiles 第３回 10/12： C Basics～ Command Line Arguments

・ Structures ・ Pointers 第４回 10/19： C Basics～ Pointers & Arrays ・ Lists 第５回 10/26 ： file I/O ・ Network Protocols 第６回 11/2 ： Network Programming (1) 第７回 11/9 ： Network Programming (2) 第８回 11/16 ： Network Programming （ 3） 11/23: No class! ORF! Please come! 第９回 11/30 ： Applied Network Programming 第１０回 12/7 ： Work on Projects 第１１回 12/14 ： Mid-Term Presentation (light!) 第１ 2 回 12/21 ： Work on Projects 第１３回 1/11 ： Final Presentations!!!

中間発表 (Mid-term Presentation)

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

Submission of Final Project Source code, a presentation, and a

report Source must be commented

日本語 or 英語 (eigo) Report contents

What you made How you made it Why it’s cool/what problem it solves Execution environment

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

Today, we fork() 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)socket()

bind()

listen()

accept()

socket()

connect()

read()

close()

TCP client

TCP Server

write()read()

write()

read()

close()

data

data

establish

end

Common Server Structure

Server

Client

Client

Client クライアント

クライアント

クライアント

集中！

複数のクライアントから同時にアクセスを受ける

Multiple clients accessingserver at the same time

Let’s Feel Like a Server

Lots of sockets, lots of clients is hard! Have to examine one by one

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！

t

親プロセス

子プロセス二号

子プロセス一号

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

平行処理 (concurrent processing) 素早い応答多くの要求を処理

C1

C2

C3 C4

server

connect()read()write()

listen()accept()fork()

recv()send()C1:process

C2

C3

C4

Function for creating a child

fork system call int fork(); Makes an exact copy of the process How do you tell difference between

parent and child? fork()’s return value: 0 for the child Integer >0 is child pid -1 is error

プロセスを見る Linux系 (ccx00)

% ps aux Solaris 又は Linux

% ps -efj BSD系又は Linux

% ps auxj

USER PID PPID PGID …………… COMMANDnobody 123 89 89 …………… httpd

プログラムの実行とプロセス

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. }}

プログラム

OS

実行

プロセス

生成

プログラム

fork()

プロセス

生成

}

プログラム

親プロセス子プロセス

コピー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

親と子の区別 fork()の返り値Distinguishing Parent & Child

int childpid;childpid = fork();

親側子側

if(childpid > 0){ 親の処理 ;}

else if(childpid == 0){ 子の処理}

Common Server Processing Servers (telnet， ssh， ftpなど ) with

long individual connections 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

Don’t have to deal w/ lots of sockets in one process

Multi-client server using fork()

Client 1Client 1

クライアント 2クライアント 2


ServerServer

Server waiting at listen()

File descriptor

fork()を用いたマルチクライアントサーバの仕組み




サーバサーバ

Request comes from client(right before accept())

リクエスト

ファイルディスクリプタ





サーバ (親 )サーバ )親 (

Parent closes its client socket,goes back to accept()Client closes its listen()ing socket


サーバ (子 )サーバ )子 (





サーバサーバ

Server accepts and forks

リクエストaccept()



fork()





Client deals w/ one connection,parent is free to accept more.







クライアント 3クライアント 3 New client handled the same way.





fork()

accept()

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>int main(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);}

Practice Exercise #1 included pid

int getpid() プロセス idを取得

int getppid() 親プロセス idを取得

練習 1： Basic Structure 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 ②：重要な点 Memory with variables is copied! 変数がコピーされる

Consider int number Each process’s copy stored in separate place

original process id: 21146original parent process id: 20587

this is parent processnumber: 25fork() return value: 21147parent process id: 21146parent parent process id: 20587number: 25

this is child processnumber: 15fork() return value: 0child process id: 21147child parent process id: 21146number: 15

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

子プロセス子プロセス

親プロセス


子プロセス子プロセス

親プロセス

終了（正常 /異常 )


ゾンビプロセス子プロセス

親プロセス




親プロセス


終了した子プロセスから状態を取得する



親プロセス

シグナルSIGCHLD

正確にはプロセスを管理している OSから通知される


ZombieProcess

子プロセス

親プロセス

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

Flow of Processing for Signals

何かの処理Signal Handler (parent)Child terminates

(signal created)

Finish processing

Called automatically

中断した所から実行を再開

wait() System Call

Learn about status of child process 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

Practice Exercise #2: simple wait()

Modify forktest.c to: Have child sleep() for 5 seconds Have parent wait() for child to die Include printf()s so you can see what

happens

Using Signal Handlervoid sig_child(int signo) // this is the signal handler{

int pid, status;while((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {

printf("PID: %d, terminated\n", pid);}

}

int main(int argc, char *argv[]){

…. // arranges for signal handler to be called signal(SIGCHLD, sig_child);

….}

Practice Exercise #3: Using signal handler

Modify forktest.c from last exercise: Delete wait() in parent Set up signal handler (before fork())

Handler should print “Okay, I’m happy now”, then program should exit

Have parent sleep() for 1 second, wake up, print “still unhappy....”, (don’t forget to flush()!)and loop forever

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

( ‘ ’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？

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