Организация связи между удаленными процессами с помощью датаграмм
Как уже упоминалось в лекциях, более простой для взаимодействия удаленных процессов является схема организации общения клиента и сервера с помощью датаграмм, т. е. использование протокола UDP.
Рассмотрение этой схемы мы начнем с некоторой житейской аналогии, а затем убедимся, что каждому житейски обоснованному действию в операционной системе UNIX соответствует определенный системный вызов.
С точки зрения обычного человека общение процессов посредством датаграмм напоминает общение людей в письмах. Каждое письмо представляет собой законченное сообщение, содержащее адрес получателя, адрес отправителя и указания, кто написал письмо и кто должен его получить. Письма могут теряться, доставляться в неправильном порядке, быть поврежденными в дороге и т.д.
Что в первую очередь должен сделать человек, проживающий в отдаленной местности, для того чтобы принимать и отправлять письма? Он должен изготовить почтовый ящик, который одновременно будет служить и для приема корреспонденции, и для ее отправки. Пришедшие письма почтальон будет помещать в этот ящик и забирать из него письма, подготовленные к отправке.
Изготовленный почтовый ящик нужно где-то прикрепить. Это может быть парадная дверь дома или вход со двора, изгородь, столб, дерево и т.п. Потенциально может быть изготовлено несколько почтовых ящиков и размещено в разных местах с тем, чтобы письма от различных адресатов прибывали в различные ящики. Этим ящикам будут соответствовать разные адреса: "г. Иванову, почтовый ящик на конюшне", "г. Иванову, почтовый ящик, что на дубе".
После закрепления ящика мы готовы к обмену корреспонденцией. Человек-клиент пишет письмо с запросом по заранее известному ему адресу человека-сервера и ждет получения ответного письма. После получения ответа он читает его и перерабатывает полученную информацию.
Человек-сервер изначально находится в состоянии ожидания запроса. Получив письмо, он читает текст запроса и определяет адрес отправителя. После обработки запроса он пишет ответ и отправляет его по обратному адресу, после чего начинает ждать следующего запроса.
Все эти модельные действия имеют аналоги при общении удаленных процессов по протоколу UDP.
Процесс-сервер должен сначала совершить подготовительные действия: создать UDP-сокет (изготовить почтовый ящик) и связать его с определенным номером порта и IP-адресом сетевого интерфейса (прикрепить почтовый ящик в определенном месте) – настроить адрес сокета. При этом сокет может быть привязан к конкретному сетевому интерфейсу (к конюшне, к дубу) или к компьютеру в целом, то есть в полном адресе сокета может быть либо указан IP-адрес конкретного сетевого интерфейса, либо дано указание операционной системе, что информация может поступить через любой сетевой интерфейс, имеющийся в наличии. После настройки адреса сокета операционная система начинает принимать сообщения, пришедшие на этот адрес и складывать их в сокет. Сервер дожидается поступления сообщения, читает его, определяет, от кого оно поступило и через какой сетевой интерфейс, обрабатывает полученную информацию и отправляет результат по обратному адресу. После чего процесс готов к приему новой информации от того же или другого клиента.
Процесс-клиент должен сначала совершить те же самые подготовительные действия: создать сокет и настроить его адрес. Затем он передает сообщение, указав, кому оно предназначено (IP-адрес сетевого интерфейса и номер порта сервера), ожидает от него ответа и продолжает свою деятельность.
Схематично эти действия выглядят так, как показано на рисунке 15–16.6. Каждому из них соответствует определенный системный вызов. Названия вызовов написаны справа от блоков соответствующих действий.
Создание сокета производится с помощью системного вызова socket(). Для привязки созданного сокета к IP-адресу и номеру порта (настройка адреса) служит системный вызов bind(). Ожиданию получения информации, ее чтению и, при необходимости, определению адреса отправителя соответствует системный вызов recvfrom(). За отправку датаграммы отвечает системный вызов sendto().
Прежде чем приступить к подробному рассмотрению этих системных вызовов и примеров программ нам придется остановиться на нескольких вспомогательных функциях, которые мы должны будем использовать при программировании.
