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学习在 Linux 中进程是如何与其他进程进行同步的。
本篇是 Linux 下进程间通信(IPC)系列的第三篇同时也是最后一篇文章。第一篇文章聚焦在通过共享存储(文件和共享内存段)来进行 IPC,第二篇文章则通过管道(无名的或者命名的)及消息队列来达到相同的目的。这篇文章将目光从高处(套接字)然后到低处(信号)来关注 IPC。代码示例将用力地充实下面的解释细节。
套接字
正如管道有两种类型(命名和无名)一样,套接字也有两种类型。IPC 套接字(即 Unix 套接字)给予进程在相同设备(主机)上基于通道的通信能力;而网络套接字给予进程运行在不同主机的能力,因此也带来了网络通信的能力。网络套接字需要底层协议的支持,例如 TCP(传输控制协议)或 UDP(用户数据报协议)。
与之相反,IPC 套接字依赖于本地系统内核的支持来进行通信;特别的,IPC 通信使用一个本地的文件作为套接字地址。尽管这两种套接字的实现有所不同,但在本质上,IPC 套接字和网络套接字的 API 是一致的。接下来的例子将包含网络套接字的内容,但示例服务器和客户端程序可以在相同的机器上运行,因为服务器使用了 localhost (127.0.0.1)这个网络地址,该地址表示的是本地机器上的本地机器地址。
套接字以流的形式(下面将会讨论到)被配置为双向的,并且其控制遵循 C/S(客户端/服务器端)模式:客户端通过尝试连接一个服务器来初始化对话,而服务器端将尝试接受该连接。假如万事顺利,来自客户端的请求和来自服务器端的响应将通过管道进行传输,直到其中任意一方关闭该通道,从而断开这个连接。
一个迭代服务器(只适用于开发)将一直和连接它的客户端打交道:从最开始服务第一个客户端,然后到这个连接关闭,然后服务第二个客户端,循环往复。这种方式的一个缺点是处理一个特定的客户端可能会挂起,使得其他的客户端一直在后面等待。生产级别的服务器将是并发的,通常使用了多进程或者多线程的混合。例如,我台式机上的 Nginx 网络服务器有一个 4 个工人的进程池,它们可以并发地处理客户端的请求。在下面的代码示例中,我们将使用迭代服务器,使得我们将要处理的问题保持在一个很小的规模,只关注基本的 API,而不去关心并发的问题。
最后,随着各种 POSIX 改进的出现,套接字 API 随着时间的推移而发生了显著的变化。当前针对服务器端和客户端的示例代码特意写的比较简单,但是它着重强调了基于流的套接字中连接的双方。下面是关于流控制的一个总结,其中服务器端在一个终端中开启,而客户端在另一个不同的终端中开启:
- 服务器端等待客户端的连接,对于给定的一个成功连接,它就读取来自客户端的数据。
- 为了强调是双方的会话,服务器端会对接收自客户端的数据做回应。这些数据都是 ASCII 字符代码,它们组成了一些书的标题。
- 客户端将书的标题写给服务器端的进程,并从服务器端的回应中读取到相同的标题。然后客户端和服务器端都在屏幕上打印出标题。下面是服务器端的输出,客户端的输出也和它完全一样:
Listening on port 9876 for clients... War and Peace Pride and Prejudice The Sound and the Fury
示例 1. 使用套接字的客户端程序
#include <string.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/tcp.h> #include <arpa/inet.h> #include "sock.h" -
void report(const char* msg, int terminate) { perror(msg); if (terminate) exit(-1); /* failure */ } -
int main() { int fd = socket(AF_INET, /* network versus AF_LOCAL */ SOCK_STREAM, /* reliable, bidirectional: TCP */ 0); /* system picks underlying protocol */ if (fd < 0) report("socket", 1); /* terminate */ /* bind the server's local address in memory */ struct sockaddr_in saddr; memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); /* clear the bytes */ saddr.sin_family = AF_INET; /* versus AF_LOCAL */ saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* host-to-network endian */ saddr.sin_port = htons(PortNumber); /* for listening */ if (bind(fd, (struct sockaddr *) &saddr, sizeof(saddr)) < 0) report("bind", 1); /* terminate */ /* listen to the socket */ if (listen(fd, MaxConnects) < 0) /* listen for clients, up to MaxConnects */ report("listen", 1); /* terminate */ -
fprintf(stderr, "Listening on port %i for clients...n", PortNumber); /* a server traditionally listens indefinitely */ while (1) { struct sockaddr_in caddr; /* client address */ int len = sizeof(caddr); /* address length could change */ int client_fd = accept(fd, (struct sockaddr*) &caddr, &len); /* accept blocks */ if (client_fd < 0) { report("accept", 0); /* don't terminated, though there's a problem */ continue; } -
/* read from client */ int i; for (i = 0; i < ConversationLen; i++) { char buffer[BuffSize + 1]; memset(buffer, ' ', sizeof(buffer)); int count = read(client_fd, buffer, sizeof(buffer)); if (count > 0) { puts(buffer); write(client_fd, buffer, sizeof(buffer)); /* echo as confirmation */ } } close(client_fd); /* break connection */ } /* while(1) */ return 0; }
(编辑:宜春站长网)
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