Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

Листинг 14.6. Функция str_echo, переписанная с использованием стандартного ввода-вывода

//advio/str_echo_stdiо02.с

1 #include "unp.h"

2 void

3 str_echo(int sockfd)

4 {

5 char line[MAXLINE];

6 FILE *fpin, *fpout;

7 fpin = Fdopen(sockfd, "r");

8 fpout = Fdopen(sockfd, "w");

9 while (Fgets(line, MAXLINE, fpin) != NULL)

10 Fputs(line, fpout);

11 }

7-10 Функцией fdopenсоздаются два стандартных потока ввода-вывода: один для ввода и другой для вывода. Вызовы функций readlineи writenзаменены вызовами функций fgetsи fputs.

Если мы запустим наш сервер с этой версией функции str_echoи затем запустим наш клиент, мы увидим следующее:

hpux % tcpcli02 206.168.112.96

hello, world мы набираем эту строку, но не получаем отражения

and hi и на эту строку нет ответа

hello?? и на эту строку нет ответа

^D наш символ конца файла

hello, world затем выводятся три отраженные строки

and hi

hello??

Здесь возникает проблема буферизации, поскольку сервер ничего не отражает, пока мы не введем наш символ конца файла. Выполняются следующие шаги:

■ Мы набираем первую строку ввода, и она отправляется серверу.

■ Сервер читает строку с помощью функции fgetsи отражает ее с помощью функции fputs.

■ Но стандартный поток ввода-вывода сервера полностью буферизован стандартной библиотекой ввода-вывода. Это значит, что библиотека копирует отраженную строку в свой стандартный буфер ввода-вывода для этого потока, но не выдает содержимое буфера в дескриптор, поскольку буфер не заполнен.

■ Мы набираем вторую строку ввода, и она отправляется серверу.

■ Сервер читает строку с помощью функции fgetsи отражает ее с помощью функции fputs.

■ Снова стандартная библиотека ввода-вывода сервера только копирует строку в свой буфер, но не выдает содержимое буфера в дескриптор, поскольку он не заполнен.

■ По тому же сценарию вводится третья строка.

■ Мы набираем наш символ конца файла, и функция str_cli(см. листинг 6.2) вызывает функцию shutdown, посылая серверу сегмент FIN.

■ TCP сервера получает сегмент FIN, который читает функция fgets, в результате чего функция fgetsвозвращает пустой указатель.

■ Функция str_echoвозвращает серверу функцию main(см. листинг 5.9), и дочерний процесс завершается при вызове функции exit.

■ Библиотечная функция exitязыка С вызывает стандартную функцию очистки ввода-вывода [110, с. 162-164], и буфер вывода, который был частично заполнен нашими вызовами функции fputs, теперь выводит скопившиеся в нем данные.

■ Дочерний процесс сервера завершается, в результате чего закрывается его присоединенный сокет, клиенту отсылается сегмент FIN и заканчивается последовательность завершения соединения TCP.

■ Наша функция str_cliполучает и выводит три отраженных строки.

■ Затем функция str_cliполучает символ конца файла на своем сокете, и клиент завершает свою работу.

Проблема здесь заключается в том, что буферизация на стороне сервера выполняется автоматически стандартной библиотекой ввода-вывода. Существует три типа буферизации, выполняемой стандартной библиотекой ввода-вывода.

1. Полная буферизация ( fully buffered ) означает, что ввод-вывод имеет место, только когда буфер заполнен, процесс явно вызывает функцию fflushили процесс завершается посредством вызова функции exit. Обычный размер стандартного буфера ввода-вывода — 8192 байта.

2. Буферизация по строкам ( line buffered ) означает, что ввод-вывод имеет место, только когда встречается символ перевода строки, процесс вызывает функцию fflushили процесс завершается вызовом функции exit.

3. Отсутствие буферизации ( unbuffered ) означает, что ввод-вывод имеет место каждый раз, когда вызывается функция стандартного ввода-вывода.

Большинство реализаций Unix стандартной библиотеки ввода-вывода используют следующие правила:

■ Стандартный поток ошибок никогда не буферизуется.

■ Стандартные потоки ввода и вывода буферизованы полностью, если они не подключены к терминальному устройству, в противном случае они буферизуются по строкам.

■ Все остальные потоки тоже буферизованы полностью, если они не подключены к терминалу, в случае чего они буферизованы по строкам.

Поскольку сокет не является терминальным устройством, проблема, отмеченная с нашей функцией str_echoв листинге 14.6, заключается в том, что поток вывода ( fpot) полностью буферизован. Есть два решения: мы можем сделать поток вывода буферизованным по строкам при помощи вызова функции setvbufлибо заставить каждую отраженную строку выводиться при помощи вызова функции fflushпосле каждого вызова функции fputs. Применение любого из этих изменений скорректирует поведение нашей функции str_echo. На практике оба варианта чреваты ошибками и могут плохо взаимодействовать с алгоритмом Нагла. В большинстве случаев оптимальным решением будет отказаться от использования стандартной библиотеки ввода-вывода для сокетов и работать с буферами, а не со строками (см. раздел 3.9). Использование стандартных функций ввода-вывода имеет смысл в тех случаях, когда потенциальный выигрыш перевешивает затруднения.

Будьте осторожны — некоторые реализации стандартной библиотеки ввода-вывода все еще вызывают проблемы при работе с дескрипторами, большими 255. Эта проблема может возникнуть с сетевыми серверами, обрабатывающими множество дескрипторов. Проверьте определение структуры FILE в вашем заголовочном файле , чтобы увидеть, к какому типу переменных относится дескриптор.

В начале этой главы мы рассказывали о способах установки таймеров для операций с сокетами. Во многих операционных системах для этого существуют функции pollи select, которые были описаны в главе 6. Ни один из этих методов еще не стандартизован POSIX, поэтому между реализациями существуют определенные различия. Код, использующий подобные механизмы, должен считаться непереносимым. Мы рассмотрим два механизма, прочие весьма похожи на них.

В Solaris имеется специальный файл /dev/poll, с помощью которого можно опрашивать большее количество дескрипторов файлов. Проблема selectи pollсостоит в том, что список дескрипторов приходится передавать при каждом вызове. Устройство опроса поддерживает информацию о состоянии между вызовами, так что программа может подготовить список подлежащих опросу дескрипторов, а потом спокойно зациклиться в опросе и не заполнять список каждый раз.