Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Windows Sockets 2

Версия Windows Sockets 2 вводит новые сферы функциональности и доступна на всех системах Windows, хотя системы Windows 9x требуют установки пакета обновления. В примерах использована версия 2.0, но можно применять и версию 1.1, если требуется совместимость с необновленными системами Windows 9х. Кроме того, возможностей версии 1.1 в большинстве случаев вам будет вполне достаточно. Версия Windows Sockets 2.0 обеспечивает, в частности, следующие возможности:

• Стандартизованная поддержка перекрывающегося ввода/вывода (см. главу 14). Эту возможность можно считать самым важным усовершенствованием.

• Фрагментированный ввод/вывод (scatter/gather I/O) (при посылке и получении данных используются буферы, расположенные в памяти вразброс).

• Возможность запрашивать качество обслуживания (скорость и надежность передачи информации).

• Возможность групповой организации сокетов. Допускается конфигурирование качества обслуживания группы сокетов, поэтому можно не делать этого для каждого сокета по отдельности. Кроме того, входящим в группу сокетам можно назначать приоритеты.

• Имеется возможность совмещения передачи прямых и обратных пакетов с запросами соединения (piggybacking).

• Создание многоточечных соединений (multipoint connections) (сопоставимо с подключениями по типу конференц-связи).

Резюме

Интерфейс Windows Sockets предоставляет возможность использования API, отвечающего требованиям промышленного стандарта, что гарантирует работу ваших программ на различном оборудовании и почти полную переносимость на уровне исходного кода. Winsock способен поддержать практически любой сетевой протокол, однако в большинстве случаев применяется протокол TCP/IP.

Winsock сопоставим с именованными каналами (и почтовыми ящиками) как в отношении функциональных возможностей, так и в отношении производительности, в наибольшей степени проявляя свои преимущества в тех случаях, когда на первый план выступают вопросы совместимости и переносимости программного обеспечения. Имейте в виду, что сокеты ввода/вывода не являются атомарными, поэтому необходимо специально заботиться о том, чтобы сообщения передавались полностью.

В этой главе были изложены наиболее существенные сведения о Winsock, которых достаточно для построения работоспособной системы. Вместе с тем, за рамками нашего рассмотрения осталось очень многое, в том числе и применение Winsock в асинхронных операциях; для получения более подробной информации по этому вопросу обратитесь к источникам, указанным в разделе "Дополнительная литература".

Кроме того, в этой главе были приведены примеры использования библиотек DLL для реализации внутрипроцессных серверов и создания безопасных в отношении многопоточного выполнения библиотек.

В следующих главах

В главах 11 и 12 было показано, как разрабатывать серверы, отвечающие на запросы клиентов. Серверы, в их различных воплощениях, являются распространенным типом приложений Windows. В главе 13 описываются службы Windows (Windows Services), которые обеспечивают стандартный способ создания серверов и управления ими в виде служб, что дает возможность организовать их запуск, остановку и мониторинг в автоматическом режиме. В главе 13 показано, как превратить сервер в управляемую службу.

Дополнительная литература

Сокетам Windows посвящена книга [28], а также сайт поддержки http://www.sockets.com. Однако указанная книга во многих аспектах устарела, и в ней не используются потоки. Более полезными для многих читателей будут книги, которые упоминаются ниже. 

В книге [41] рассмотрены не только сокеты, но и многое другое, тогда как в первых двух томах этой серии описаны протоколы и их реализация. Исчерпывающее рассмотрение интересующего нас вопроса содержится в книге [42], которая представляет ценность даже для тех, кто имеет дело с другими семействами ОС. Среди источников, заслуживающих внимания, можно назвать [8] и [12].

Упражнения

12.1. Используя функцию WSAStartup, определите старший и младший номера версий Winsock, поддерживаемые на доступных вам системах.

12.2. Используйте программу JobShell из главы 6 для запуска сервера и нескольких клиентов, причем каждый клиент должен создаваться с опцией "отсоединения" (-d). Для окончания работы остановите сервер, послав сигнал управляющего события консоли посредством команды kill. Можете ли вы предложить какие-либо улучшения в организации остановки сервера в программе serverSK.

12.3. Модифицируйте программы клиента и сервера (программы 12.1 и 12.2) таким образом, чтобы для обнаружения сервера использовались дейтаграммы. В качестве отправной точки может быть использовано решение на основе почтового ящика из главы 11.

12.4. Модифицируйте сервер именованного канала из главы 11 (программа 11.3) таким образом, чтобы в нем использовались не потоки из пула потоков сервера, а потоки, создаваемые по требованию. Вместо предварительного указания максимально допустимого количества экземпляров именованного канала предоставьте системе возможность самостоятельно определять максимальное значение этого параметра.

12.5. Проведите эксперименты, чтобы определить, действительно ли внутрипроцессные серверы работают быстрее внепроцессных. Для этого, например, может быть использована программа подсчета слов (программа 12.3); имеется исполняемый файл этой программы (wc), а также функция библиотеки DLL, представленная в программе 12.3.

12.6. Количество клиентов, поддержку которых может обеспечить программа serverSK, ограничивается размером массива аргументов потоков сервера. Модифицируйте программу, сняв это ограничение. Для этого вам потребуется создать структуру данных, позволяющую добавлять и удалять аргументы потоков, а также обеспечить возможность просмотра структуры с целью отслеживания потоков сервера, завершивших выполнение.

12.7. Разработайте внутрипроцессные серверы другого рода. Например, с этой целью преобразуйте соответствующим образом программу grep (см. главу 6). 

12.8. Усовершенствуйте сервер (программа 12.2) таким образом, чтобы можно было указывать несколько библиотек DLL в командной строке. Если разместить все DLL в памяти невозможно, разработайте стратегию их загрузки и выгрузки.

12.9. Исследуйте функцию setsockopt и использование опции SO_LINGER. Примените указанную опцию в одном из примеров сервера.

12.10. Используйте возможности фрагментированного ввода/вывода Windows Sockets 2.0 для упрощения функций отправки и приема сообщений в программах 12.1 и 12.2.

12.11. Обеспечьте невозможность утечки ресурсов в программе serverSK (за дополнительными разъяснениями обратитесь к упражнению 11.8). Проделайте то же самое с программой serverSKST, которая была модифицирована для использования DLL в программе 12.4.

12.12. Расширьте возможности обработчика исключений в программе 12.3 таким образом, чтобы он заносил информацию об исключении и типе исключения в конец временного файла, используемого для сохранения результатов работы сервера.

12.13. Расширенное упражнение (требуется дополнительное оборудование). Если у вас имеется доступ к UNIX-системе, связанной через сеть с Windows-системой, перенесите на UNIX-систему программу clientSK и попытайтесь, получив с ее помощью доступ к программе serverSK, запускать различные Windows-программы. Разумеется, при этом вам придется преобразовать такие типы данных, как DWORD или SOCKET, в другие типы (в данном случае, соответственно, в unsigned int и int). Кроме того, вы должны убедиться в том, что данные, образующие сообщения, передаются в формате с обратным порядком байтов. Для выполнения соответствующих преобразований данных используйте такие функции, как htonl. Наконец, перенесите в UNIX программу serverSK, чтобы Windows-системы могли выполнять команды в UNIX. Преобразуйте вызов DLL в вызовы функций разделяемой библиотеки.

12.14. Ознакомьтесь с протоколом защищенных сокетов (Secure Sockets Layer, SSL), обратившись к материалам MSDN или источникам, указанным в разделе "Дополнительная литература". Усовершенствуйте программы, применив SSL для обеспечения безопасности связи клиента с сервером.s 

ГЛАВА 13

Windows Services

Серверные программы, рассмотренные в главах 11 и 12, являются консольными приложениями, выполняющимися как фоновые задачи. Вообще говоря, эти серверы могут выполняться в течение неопределенно длительного времени, обслуживая многочисленных клиентов по мере того, как те будут подключаться к серверу, посылать запросы, принимать ответы и разрывать соединения. Таким образом, указанные серверы могут работать как службы непрерывного действия, однако, чтобы быть в полной мере эффективными, эти службы должны быть управляемыми.

Службы Windows Services,[33] известные ранее под названием NT Services, предоставляют все средства управления, необходимые для превращения наших серверов в службы, которые могут активизироваться по команде или во время запуска системы еще до входа в нее пользователей, приостанавливаться, а также возобновлять или прекращать свое выполнение. Службы могут даже осуществлять мониторинг работоспособности самих служб. Информация о службах хранится в системном реестре.