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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
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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
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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 ネットワークを使うプログラム 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
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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!
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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
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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 レポートには以下の項目を含める 日本語 or 英語
何を作ったのか 使用方法 面白さ 実行環境
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ミニプロのプレゼン 中間発表 最終発表 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 再来週 授業最終回を予定
できあがりをプレゼンする 評価
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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
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今日のお題(forkします) 講義 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 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
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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()
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fork
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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
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(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！ どこがネックか？
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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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 沢山のクライアントが接続してきたら，大変
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
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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
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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
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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
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プロセスを見る Linux系(ccx00) Solaris BSD系 USER PID PPID PGID …………… COMMAND
% ps –aux Solaris % ps –efj BSD系 % ps auxj USER PID PPID PGID …………… COMMAND nobody …………… httpd
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プログラムの実行とプロセス コピー プログラム 親プロセス 子プロセス ・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・ プロセス 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 } プログラム ・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・ コピー プロセス プロセス fork() 実行 生成 生成 OS
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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 }
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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("parent process id: %d\n", getpid()); printf("parent parent process id: %d\n", getppid()); } else { perror("fork()"); } exit(0);
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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
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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()"); }
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練習1：重要な点② 変数がコピーされる 別のメモリ領域が確保される int numberの中身を考えてみよう
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 this is parent process number: 25 fork() return value: 21147 parent process id: 21146 parent parent process id: 20587 press enter
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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
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終了状態の受け渡し 親プロセス 子プロセス 子プロセス
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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);
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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
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知っておきたいシグナル SIGINT SIGTERM SIGTSTP SIGCHLD SIGALRM
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
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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
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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
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