Inoltre prenderemo in esame, oltre al comportamento in condizioni normali,
anche tutti i possibili scenari particolari (errori, sconnessione della rete,
crash del client o del server durante la connessione) che possono avere luogo
-durante l'impiego di una applicazione di rete.
+durante l'impiego di un'applicazione di rete.
\section{Il servizio \texttt{echo}}
\label{sec:TCPsimp_echo}
-L'applicazione scelta come esempio sarà una implementazione elementare, ma
+L'applicazione scelta come esempio sarà un'implementazione elementare, ma
completa, del servizio \texttt{echo}. Il servizio \texttt{echo} è uno dei
servizi standard solitamente provvisti direttamente dal superserver
-\texttt{inetd}, ed è definito dall'RFC~862. Come dice il nome il servizio deve
+\cmd{inetd}, ed è definito dall'RFC~862. Come dice il nome il servizio deve
rimandare indietro sulla connessione i dati che gli vengono inviati; l'RFC
descrive le specifiche sia per TCP che UDP, e per il primo stabilisce che una
volta stabilita la connessione ogni dato in ingresso deve essere rimandato in
linea dalla connessione e la riscriverà all'indietro; sarà compito del client
leggere la risposta del server e stamparla sullo standard output.
-Si è scelto di usare questo servizio, seguendo lo Stevens, perché costituisce
-il prototipo ideale di una generica applicazione di rete in cui un server
-risponde alle richieste di un client; tutto quello che cambia nel caso si una
-applicazione più complessa è la elaborazione dell'input del client da parte
-del server nel fornire le risposte in uscita.
+Si è scelto di usare questo servizio, seguendo l'esempio di \cite{UNP1},
+perché costituisce il prototipo ideale di una generica applicazione di rete in
+cui un server risponde alle richieste di un client; tutto quello che cambia
+nel caso si una applicazione più complessa è la elaborazione dell'input del
+client da parte del server nel fornire le risposte in uscita.
+
+Partiremo da un'implementazione elementare che dovrà essere rimaneggiata di
+volta in volta per poter tenere conto di tutte le evenienze che si possono
+manifestare nella vita reale di un'applicazione di rete, fino ad arrivare ad
+un'implementazione completa.
\subsection{La struttura del server}
\label{sec:TCPsimp_server_main}
-Il server si compone di un corpo principale, costituito dalla funzione
-\texttt{main} che si incarica di creare il socket, metterlo in ascolto di
-connessioni in arrivo e creare un processo figlio a cui delegare la gestione
-di ciascuna connessione. Questa parte, riportata in \nfig, è sostanzialmente
-identica a quella vista nell'esempio in \secref{sec:TCPelem_serv_code}.
+La prima versione del server, \file{ElemEchoTCPServer.c}, si compone di un
+corpo principale, costituito dalla funzione \code{main}. Questa si incarica
+di creare il socket, metterlo in ascolto di connessioni in arrivo e creare un
+processo figlio a cui delegare la gestione di ciascuna connessione. Questa
+parte, riportata in \figref{fig:TCPsimpl_serv_code}, è analoga a quella vista
+nel precedente esempio esaminato in \secref{sec:TCPel_cunc_serv}.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize
\begin{lstlisting}{}
/* Subroutines declaration */
-void SockEcho(int sockfd);
+void ServEcho(int sockfd);
/* Program beginning */
int main(int argc, char *argv[])
{
int list_fd, conn_fd;
pid_t pid;
struct sockaddr_in serv_add;
- ....
+ ...
/* create socket */
if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("Socket creation error");
exit(0);
}
\end{lstlisting}
- \caption{Codice della funzione \texttt{main} della prima versione del server
+ \caption{Codice della funzione \code{main} della prima versione del server
per il servizio \texttt{echo}.}
\label{fig:TCPsimpl_serv_code}
\end{figure}
-La struttura di questa prima versione del server è sostanzialmente a quella
-dell'esempio precedente, ed ad esso si applicano le considerazioni fatte in
+La struttura di questa prima versione del server è sostanzialmente identica a
+quella dell'esempio citato, ed ad esso si applicano le considerazioni fatte in
\secref{sec:TCPel_cunc_daytime}. Le uniche differenze rispetto all'esempio in
-\figref{fig:TCPelem_serv_code} sono che in questo caso per il socket in
-ascolto viene usata la porta 7 e tutta la gestione della comunicazione è
-delegata alla funzione \texttt{SockEcho}. Per ogni connessione viene creato un
-processo figlio, il quale si incarica di lanciare la funzione
-\texttt{SockEcho}.
-
-Il codice della funzione \texttt{SockEcho} è invece mostrata in \nfig, la
-comunicazione viene gestita all'interno del ciclo (linee \texttt{\small
- 6--8}). I dati inviati dal client vengono letti dal socket con una semplice
-\texttt{read} (che ritorna solo in presenza di dati in arrivo), la riscrittura
-viene invece gestita dalla funzione \texttt{SockWrite} (descritta a suo tempo
-in \figref{fig:sock_SockWrite_code}) che si incarica di tenere conto
-automaticamente della possibilità che non tutti i dati di cui è richiesta la
-scrittura vengano trasmessi con una singola \texttt{write}.
-
-Quando il client chiude la connessione il ricevimento del FIN fa ritornare la
-\texttt{read} con un numero di byte letti pari a zero, il che causa l'uscita
-dal ciclo e il ritorno della funzione, che a sua volta causa la terminazione
-del processo figlio.
-
+\figref{fig:TCPel_serv_code} sono che in questo caso per il socket in ascolto
+viene usata la porta 7 e che tutta la gestione della comunicazione è delegata
+alla funzione \code{ServEcho}.
+% Per ogni connessione viene creato un
+% processo figlio, il quale si incarica di lanciare la funzione
+% \texttt{SockEcho}.
+
+Il codice della funzione \code{ServEcho} è invece mostrata in
+\figref{fig:TCPsimpl_server_elem_sub}, la comunicazione viene gestita
+all'interno del ciclo (linee \texttt{\small 6--8}). I dati inviati dal client
+vengono letti dal socket con una semplice \func{read} (che ritorna solo in
+presenza di dati in arrivo), la riscrittura viene invece gestita dalla
+funzione \func{SockWrite} (descritta in \figref{fig:sock_SockWrite_code}) che
+si incarica di tenere conto automaticamente della possibilità che non tutti i
+dati di cui è richiesta la scrittura vengano trasmessi con una singola
+\func{write}.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize
\begin{lstlisting}{}
-void SockEcho(int sockfd) {
+void ServEcho(int sockfd) {
char buffer[MAXLINE];
int nread, nwrite;
return;
}
\end{lstlisting}
- \caption{Codice della prima versione della funzione \texttt{SockEcho} per la
+ \caption{Codice della prima versione della funzione \code{ServEcho} per la
gestione del servizio \texttt{echo}.}
- \label{fig:TCPsimpl_sockecho_code}
+ \label{fig:TCPsimpl_server_elem_sub}
\end{figure}
+Quando il client chiude la connessione il ricevimento del FIN fa ritornare la
+\func{read} con un numero di byte letti pari a zero, il che causa l'uscita
+dal ciclo e il ritorno della funzione, che a sua volta causa la terminazione
+del processo figlio.
+
\subsection{Il client}
-\label{sec:TCPsimp_server_main}
+\label{sec:TCPsimp_client_main}
-Il codice del client è riportato in \nfig, anche esso ricalca la struttura del
-precedente client per il servizio \texttt{daytime} (vedi
-\secref{sec:net_cli_sample}) ma, come per il server, lo si è diviso in due
-parti, inserendo la parte relativa alle operazioni specifiche previste per il
-protocollo \texttt{echo} in una funzione a parte.
+Il codice del client è riportato in \figref{fig:TCPsimpl_client_elem}, anche
+esso ricalca la struttura del precedente client per il servizio
+\texttt{daytime} (vedi \secref{sec:net_cli_sample}) ma, come per il server, lo
+si è diviso in due parti, inserendo la parte relativa alle operazioni
+specifiche previste per il protocollo \texttt{echo} in una funzione a parte.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize
\begin{lstlisting}{}
return -1;
}
/* read daytime from server */
- EchoClient(stdin, sock_fd);
+ ClientEcho(stdin, sock_fd);
/* normal exit */
return 0;
}
\end{lstlisting}
\caption{Codice della prima versione del client \texttt{echo}.}
- \label{fig:TCPsimpl_sockecho_code}
+ \label{fig:TCPsimpl_client_elem}
\end{figure}
-La funzione \texttt{main} si occupa della creazione del socket e della
+La funzione \code{main} si occupa della creazione del socket e della
connessione (linee \texttt{\small 10--27}) secondo la stessa modalità spiegata
in \secref{sec:net_cli_sample}, il client si connette sulla porta 7
all'indirizzo specificato dalla linea di comando (a cui si è aggiunta una
elementare gestione delle opzioni non riportata in figura).
-Completata la connessione (quando la funzione \texttt{connect} ritorna) La
-funzione \texttt{EchoClient}, riportata in \nfig, si preoccupa di gestire la
-comunicazione, leggendo una riga alla volta dallo \texttt{stdin}, scrivendola
-sul socket e ristampando su \texttt{stdout} quanto ricevuto in risposta dal
-server.
+Completata la connessione, al ritrno fiììdi \func{connect} è ritornata, la
+funzione \code{ClientEcho}, riportata in
+\figref{fig:TCPsimpl_client_echo_sub}, si preoccupa di gestire la
+comunicazione, leggendo una riga alla volta dallo \file{stdin}, scrivendola
+sul socket e ristampando su \file{stdout} quanto ricevuto in risposta dal
+server.
\begin{figure}[!htb]
\footnotesize
\begin{lstlisting}{}
-void EchoClient(FILE * filein, int socket)
+void ClientEcho(FILE * filein, int socket)
{
char sendbuff[MAXLINE], recvbuff[MAXLINE];
int nread;
return;
}
\end{lstlisting}
- \caption{Codice della prima versione della funzione \texttt{EchoClient} per
+ \caption{Codice della prima versione della funzione \texttt{ClientEcho} per
la gestione del servizio \texttt{echo}.}
- \label{fig:TCPsimpl_sockecho_code}
+ \label{fig:TCPsimpl_client_echo_sub}
\end{figure}
La funzione utilizza due buffer per gestire i dati inviati e letti sul socket
(\texttt{\small 3}). La comunicazione viene gestita all'interno di un ciclo
(linee \texttt{\small 5--10}), i dati da inviare sulla connessione vengono
-presi dallo \texttt{stdin} usando la funzione \texttt{fgets} che legge una
+presi dallo \file{stdin} usando la funzione \func{fgets} che legge una
linea di testo (terminata da un \texttt{CR} e fino al massimo di
-\texttt{MAXLINE} caratteri) e la salva sul buffer di invio, la funzione
-\texttt{SockWrite} (\texttt{\small 3}) scrive detti dati sul socket (gestendo
-l'invio multiplo, qualora una singola \texttt{write} non basta, come spiegato
+\macro{MAXLINE} caratteri) e la salva sul buffer di invio, la funzione
+\func{SockWrite} (\texttt{\small 3}) scrive detti dati sul socket (gestendo
+l'invio multiplo qualora una singola \func{write} non basti, come spiegato
in \secref{sec:sock_io_behav}).
-I dati che vengono riletti indietro con una \texttt{SockRead} sul buffer di
+I dati che vengono riletti indietro con una \func{SockRead} sul buffer di
ricezione e viene inserita la terminazione della stringa (\texttt{\small
- 7--8}) e per poter usare la funzione \texttt{fputs} per scriverli su
-\texttt{stdout}.
+ 7--8}) e per poter usare la funzione \func{fputs} per scriverli su
+\file{stdout}.
-Un end of file inviato su \texttt{stdin} causa il ritorno di \texttt{fgets}
+Un end of file inviato su \file{stdin} causa il ritorno di \func{fgets}
con un puntatore nullo e l'uscita dal ciclo, al che la subroutine ritorna ed
il client esce.
Benché il codice dell'esempio precedente sia molto ridotto, esso ci permetterà
di considerare in dettaglio tutte le problematiche che si possono incontrare
-nello scrivere una applicazione di rete; infatti attraverso l'esame delle sue
+nello scrivere un'applicazione di rete. Infatti attraverso l'esame delle sue
modalità di funzionamento normali, all'avvio e alla terminazione, e di quello
-che avviene nelle varie situazioni limite da una parte potremo approfondire la
-comprensione del protocollo TCP/IP e dall'altra ricavare le indicazioni
-necessarie per essere in gradi di scrivere applicazioni robuste, in grado di
+che avviene nelle varie situazioni limite, da una parte potremo approfondire
+la comprensione del protocollo TCP/IP e dall'altra ricavare le indicazioni
+necessarie per essere in grado di scrivere applicazioni robuste, in grado di
gestire anche i casi limite.
Il primo passo è compilare e lanciare il server (da root, per poter usare la
porta 7 che è riservata), alla partenza esso eseguirà l'apertura passiva con
-la sequenza delle chiamate a \texttt{socket}, \texttt{bind}, \texttt{listen} e
-poi si bloccherà nella \texttt{accept}. A questo punto si potrà controllarne
-lo stato con \texttt{netstat}:
-
+la sequenza delle chiamate a \func{socket}, \func{bind}, \func{listen} e poi
+si bloccherà nella \func{accept}. A questo punto si potrà controllarne lo
+stato con \cmd{netstat}:
\begin{verbatim}
-[piccardi@roke piccardi]$ netstat -ant
+[piccardi@roke piccardi]$ netstat -at
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
...
tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
...
\end{verbatim} %$
-
-che ci mostra come il socket sia in ascolto sulla porta richiesta, accendo
+che ci mostra come il socket sia in ascolto sulla porta richiesta, accettando
connessioni da qualunque indirizzo e da qualunque porta e su qualunque
interfaccia locale.
-A questo punto si può lanciare il client, esso chiamerà \texttt{socket} e
-\texttt{connect}, una volta completato il three way handshake la funzione
-\texttt{connect} ritornerà nel client e la \texttt{accept} nel server e la
-connessione è stabilita, usando di nuovo \texttt{netstat} otterremmo:
+A questo punto si può lanciare il client, esso chiamerà \func{socket} e
+\func{connect}; una volta completato il three way handshake la connessione è
+stabilita; la \func{connect} ritornerà nel client\footnote{si noti che è
+ sempre la \func{connect} del client a ritornare per prima, in quanto
+ questo avviene alla ricezione del secondo segmento (l'ACK del server) del
+ three way handshake, la \func{accept} del server ritorna solo dopo
+ un altro mezzo RTT quando il terzo segmento (l'ACK del client) viene
+ ricevuto.} e la \func{accept} nel server, ed usando di nuovo
+\cmd{netstat} otterremmo che:
\begin{verbatim}
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
tcp 0 0 roke:echo gont:32981 ESTABLISHED
\end{verbatim}
-
-A questo punto lo stato è il seguente:
-
-
+mentre per quanto riguarda l'esecuzione dei programmi avremo che:
\begin{itemize}
-\item il client chiama la funzione \texttt{EchoClient} che si blocca sulla
- \texttt{fgets} dato che non si è ancora scritto nulla sul terminale.
-\item il server eseguirà una \texttt{fork} facendo chiamare al processo figlo
- la funzione \texttt{SockEcho}, quest'ultima si bloccherà sulla \texttt{read}
+\item il client chiama la funzione \code{ClientEcho} che si blocca sulla
+ \func{fgets} dato che non si è ancora scritto nulla sul terminale.
+\item il server eseguirà una \func{fork} facendo chiamare al processo figlio
+ la funzione \code{ServEcho}, quest'ultima si bloccherà sulla \func{read}
dal socket sul quale ancora non sono presenti dati.
-\item il
+\item il processo padre del server chiamerà di nuovo \func{accept}
+ bloccandosi fino all'arrivo di un'altra connessione.
\end{itemize}
-il server eseguira una \texttt{fork} facendo chiamare al
-processo figlo la funzione \texttt{SockEcho}, la quale eseguirà una read s
+e se usiamo il comando \cmd{ps} per esaminare lo stato dei processi otterremo
+un risultato del tipo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke piccardi]$ ps ax
+ PID TTY STAT TIME COMMAND
+ ... ... ... ... ...
+ 2356 pts/0 S 0:00 ./echod
+ 2358 pts/1 S 0:00 ./echo 127.0.0.1
+ 2359 pts/0 S 0:00 ./echod
+\end{verbatim} %$
+(dove si sono cancellate le righe inutili) da cui si evidenzia la presenza di
+tre processi, tutti in stato di \textit{sleep} (vedi
+\tabref{tab:proc_proc_states}).
+
+Se a questo punto si inizia a scrivere qualcosa sul client non sarà trasmesso
+niente fin tanto che non si prema il tasto di a capo (si ricordi quanto detto
+in \secref{sec:file_line_io} a proposito dell'I/O su terminale), solo allora
+\func{fgets} ritornerà ed il client scriverà quanto immesso sul socket, per
+poi passare a rileggere quanto gli viene inviato all'indietro dal server, che
+a sua volta sarà inviato sullo standard output, che nel caso ne provoca
+l'immediatamente stampa a video.
+
+
+\subsection{La conclusione normale}
+\label{sec:TCPsimpl_conclusion}
+
+Tutto quello che scriveremo sul client sarà rimandato indietro dal server e
+ristampato a video fintanto che non concluderemo l'immissione dei dati; una
+sessione tipica sarà allora del tipo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke sources]$ ./echo 127.0.0.1
+Questa e` una prova
+Questa e` una prova
+Ho finito
+Ho finito
+\end{verbatim} %$
+che termineremo inviando un EOF dal terminale (usando la combinazione di tasti
+ctrl-D, che non compare a schermo); se eseguiamo un \cmd{netstat} a questo
+punto avremo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke piccardi]$ netstat -at
+tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
+tcp 0 0 localhost:33032 localhost:echo TIME_WAIT
+\end{verbatim} %$
+con il client che entra in \texttt{TIME\_WAIT}.
+
+Esaminiamo allora in dettaglio la sequenza di eventi che porta alla
+terminazione normale della connessione, che ci servirà poi da riferimento
+quando affronteremo il comportamento in caso di conclusioni anomale:
+
+\begin{enumerate}
+\item inviando un carattere di EOF da terminale la \func{fgets} ritorna
+ restituendo un puntatore nullo che causa l'uscita dal ciclo di
+ \code{while}, così la \code{ClientEcho} ritorna.
+\item al ritorno di \code{ClientEcho} ritorna anche la funzione \code{main}, e
+ come parte del processo terminazione tutti i file descriptor vengono chiusi
+ (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_term_conclusion}); questo causa
+ la chiusura del socket di comunicazione; il client allora invierà un FIN al
+ server a cui questo risponderà con un ACK. A questo punto il client verrà a
+ trovarsi nello stato \texttt{FIN\_WAIT\_2} ed il server nello stato
+ \texttt{CLOSE\_WAIT} (si riveda quanto spiegato in
+ \secref{sec:TCPel_conn_term}).
+\item quando il server riceve il FIN la \func{read} del processo figlio che
+ gestisce la connessione ritorna restituendo 0 causando così l'uscita dal
+ ciclo e il ritorno di \code{ServEcho}, a questo punto il processo figlio
+ termina chiamando \func{exit}.
+\item all'uscita del figlio tutti i file descriptor vengono chiusi, la
+ chiusura del socket connesso fa sì che venga effettuata la sequenza finale
+ di chiusura della connessione, viene emesso un FIN dal server che riceverà
+ un ACK dal client, a questo punto la connessione è conclusa e il client
+ resta nello stato \texttt{TIME\_WAIT}.
+
+\end{enumerate}
+
+
+\subsection{La gestione dei processi figli}
+\label{sec:TCPsimpl_child_hand}
+
+Tutto questo riguarda la connessione, c'è però da tenere conto dell'effetto
+del procedimento di chiusura del processo figlio nel server (si veda quanto
+esaminato in \secref{sec:proc_termination}). In questo caso avremo l'invio del
+segnale \macro{SIGCHLD} al padre, ma dato che non si è installato un
+manipolatore e che l'azione predefinita per questo segnale è quella di essere
+ignorato, non avendo predisposto la ricezione dello stato di terminazione,
+otterremo che il processo figlio entrerà nello stato di zombie (si riveda
+quanto illustrato in \secref{sec:sig_sigchld}), come risulterà ripetendo il
+comando \cmd{ps}:
+\begin{verbatim}
+ 2356 pts/0 S 0:00 ./echod
+ 2359 pts/0 Z 0:00 [echod <defunct>]
+\end{verbatim}
+
+Poiché non è possibile lasciare processi zombie che pur inattivi occupano
+spazio nella tabella dei processi e a lungo andare saturerebbero le risorse
+del kernel, occorrerà ricevere opportunamente lo stato di terminazione del
+processo (si veda \secref{sec:proc_wait}), cosa che faremo utilizzando
+\macro{SIGCHLD} secondo quanto illustrato in \secref{sec:sig_sigchld}.
+
+La prima modifica al nostro server è pertanto quella di inserire la gestione
+della terminazione dei processi figli attraverso l'uso di un manipolatore.
+Per questo useremo la funzione \code{Signal}, illustrata in
+\figref{fig:sig_Signal_code}, per installare il semplice manipolatore che
+riceve i segnali dei processi figli terminati già visto in
+\figref{fig:sig_sigchld_handl}; aggiungendo il seguente codice:
+\begin{lstlisting}{}
+ ...
+ /* install SIGCHLD handler */
+ Signal(SIGCHLD, sigchld_hand); /* establish handler */
+ /* create socket */
+ ...
+\end{lstlisting}
+\noindent
+all'esempio illustrato in \figref{fig:TCPsimpl_serv_code}, e linkando il tutto
+alla funzione \code{sigchld\_hand}, si risolverà completamente il problema
+degli zombie.
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff