Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

У. Р. Стивенс, Б. Феннер, Э. М. Рудофф

UNIX

Разработка сетевых приложений

3-е издание

Рику

Aloha nui loa

Вступительное слово

Вышедшее в 1990 году первое издание этой книги было признано лучшим учебником для программистов, изучающих технологии сетевого программирования. С тех пор сеть претерпела серьезнейшие изменения. Достаточно взглянуть на адрес автора, указанный в том издании: «uunet!hsi!netbook». Вряд ли любой читатель сможет сказать, что это адрес в сети UUCP, которая была популярна в 1980-х.

Сейчас сети UUCP стали раритетом, а новые технологии, подобные беспроводным сетям, получают повсеместное распространение. Разрабатываются новые протоколы и парадигмы программирования. И программисты начинают ощущать потребность в учебнике, который помог бы им освоить все тонкости новых методик.

Книга, которую вы держите в руках, заполняет этот пробел. Тем, у кого на книжной полке стоит истрепанное первое издание, она даст возможность узнать о новых технологиях программирования и о протоколах следующего поколения, таких как IPv6. Эта книга нужна всем, потому что она представляет собой соединение практического опыта, исторической перспективы и глубины понимания.

Я уже получил удовольствие и новые знания благодаря этой книге, и не сомневаюсь, что вы сможете сделать то же самое.

Предисловие

Эта книга предназначена для тех, кто хочет писать программы, взаимодействующие друг с другом посредством интерфейса сокетов. Некоторые читатели, возможно, уже достаточно хорошо знакомы с сокетами, потому что сейчас сетевое программирование фактически немыслимо без них. Другим придется начинать с самых азов. Цель этой книги — предоставить руководство по сетевому программированию для начинающих и для профессионалов, тех, кто разрабатывает новые сетевые приложения и тех, кто поддерживает существующий код. Будет полезна она и тем, кто хочет понимать, как работают сетевые компоненты их систем.

Все примеры в этой книге относятся к операционной системе Unix, хотя основные понятия и концепции сетевого программирования практически не зависят от операционной системы. Почти все операционные системы предоставляют набор сетевых приложений, таких как браузеры, почтовые клиенты и файловые серверы. Мы обсудим обычное деление таких приложений на клиентскую и серверную части и напишем множество примеров собственных клиентов и серверов.

Ориентируясь на Unix, мы не могли не рассказать о самой этой системе и о TCP/IP. В тех случаях, когда читателю могут оказаться интересными более подробные сведения, мы отсылаем его к другим книгам:

■ Advanced Programming in the Unix Environment [110];

■ TCP/IP Illustrated, том 1 [111];

■ TCP/IP Illustrated, том 2 [128];

■ TCP/IP Illustrated, том 3 [112].

В первую очередь читателю следует обращаться к книге [128], в которой представлена реализация 4.4BSD функций сетевого программирования для API сокетов (socket, bind, connect и т.д.). При понимании того, как реализована та или иная функциональная возможность, ее применение в приложениях становится более осмысленным.

Сокеты в нынешней их форме существовали с 1980-х годов. Благодаря совершенству архитектуры этого интерфейса, он продолжает оставаться оптимальным для большинства приложений. Возможно, вы будете удивлены, узнав, как много изменилось в этом интерфейсе с 1998 года, когда было опубликовано второе издание этой книги. Эти изменения были отражены в новом издании. Их можно сгруппировать следующим образом:

■ Новое издание содержит обновленные сведения об IPv6, который на момент публикации второго издания существовал только в черновом варианте, и за прошедшие годы был усовершенствован.

■ Определения функций и примеры их использования были изменены в соответствии с последней спецификацией POSIX (POSIX 1003.1–2001), которая известна под названием «Единая спецификация UNIX версии 3».

■ Описание транспортного интерфейса X/Open было исключено из книги, потому что этот интерфейс вышел из широкого употребления и последняя спецификация POSIX не описывает его.

■ Также исключено было описание протокола TCP для транзакций (T/TCP).

■ Были добавлены три новые главы, посвященные относительно новому транспортному протоколу SCRIPT. Этот надежный протокол, ориентированный на передачу сообщений, предоставляет поддержку многопоточной передачи и обеспечивает работу с несколькими интерфейсами. Изначально он был предназначен для Интернет-телефонии, но его функции могут оказаться полезными многим другим приложениям.

■ Также была добавлена глава, посвященная сокетам управления ключами, которые могут использоваться с протоколом IPSec и другими сервисами сетевой безопасности.

■ Все примеры тестировались на новых компьютерах с новыми версиями операционных систем. Во многих случаях это оказывалось необходимым по той причине, что производители устраняли ошибки и добавляли новые функции, правда, время от времени, нам удавалось обнаруживать новые ошибки. Для тестирования использовались следующие компьютеры (см. рис. 1.17):

 □ Apple Power PC с MacOS/X 10.2.6

 □ HP PA-RISC с HP-UX 11i

 □ IBM Power PC с AIX 5.1

 □ Intel x86 с FreeBSD 4.8

 □ Intel x86 с Linux 2.4.7

 □ Sun SPARC с FreeBSD 5.1

 □ Sun SPARC с Solaris 9

Второй том под названием «Взаимодействие процессов» рассказывает о передаче сообщений, синхронизации, разделяемой памяти и удаленном вызове процедур.

Эту книгу можно использовать и как учебное пособие по сетевому программированию, и как справочник для более опытных программистов. При использовании его как учебника или для ознакомления с сетевым программированием следует уделить особое внимание второй части («Элементарные сокеты», главы 3–11), после чего можно переходить к чтению тех глав, которые представляют наибольший интерес. Во второй части рассказывается об основных функциях сокетов как для TCP, так и для UDP; кроме того, рассматривается мультиплексирование ввода-вывода, параметры сокетов и основные преобразования имен и адресов. Всем читателям следует прочесть главу 1, в особенности раздел 1.4, так как в нем описаны некоторые функции-обертки, используемые далее во всей книге. Глава 2 и, возможно, приложение А могут быть использованы по мере необходимости для получения справочных сведений в зависимости от уровня подготовки читателя. Большинство глав в третьей части («Дополнительные возможности сокетов») могут быть прочитаны независимо от других, содержащихся в этой же части.

Для тех, кто собирается использовать эту книгу в качестве справочного пособия, имеется подробный предметный указатель. Для тех, кто будет читать только выборочные главы в произвольном порядке, в книге имеются ссылки на те места, где обсуждаются близкие темы.

Исходный код для всех примеров расположен на моей домашней странице[1], адрес которой указан в конце предисловия. Чтобы научиться сетевому программированию, лучше всего будет взять эти программы, изменить их и расширить. На самом деле написание программ таким образом является единственным способом овладеть изученными технологиями. В конце каждой главы приводятся упражнения, а ответы на большинство из них содержатся в приложении Г.

Список найденных опечаток по этой книге также находится на моей домашней странице.

Первое и второе издания этой книги были написаны У. Ричардом Стивенсом, который скончался 1 сентября 1999 г. Его книги стали образцом учебной литературы по сетевому программированию и считаются яркими, тщательно проработанными и необычайно популярными произведениями искусства. Авторы новой редакции постарались сохранить качество книги на прежнем уровне.

Без поддержки семьи и друзей написать книгу невозможно. Билл Феннер хотел бы поблагодарить свою жену Пегги (чемпионку в беге на четверть мили) и соседа по дому Кристофера Бойда за то, что они взяли на себя все тяготы домашнего труда на время его работы над этим проектом. Нужно поблагодарить и Джерри Виннера, чья поддержка была незаменима. Энди Рудофф благодарен своей жене Эллен и дочерям Джо и Кэти за понимание и поощрение. Без вашей помощи мы бы не справились с этим.

Рэндолл Стюарт из Cisco Systems предоставил большую часть материала по SCRIPT и заслуживает отдельной благодарности за свой бесценный вклад. Без помощи Рэндолла мы не смогли бы рассказать ничего на эту новую интересную тему.

Многочисленные рецензенты помогли ценными замечаниями и указаниями, обращая внимание на многочисленные ошибки и те области, которые требовали более подробного изложения, а также предложили альтернативные варианты формулировок, изложения материала и самих программ. Авторы хотели бы поблагодарить Джеймса Карлсона, Ву-Чана Фена, Рика Джонса, Брайана Кернигана, Сэма Леффлера, Джона МакКанна, Крейга Метца, Яна Ланса Тейлора, Дэвида Шварца и Гари Райта.