Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

В листинге 30.15 показаны только функции my_lock_wait и my_lock_release. Они содержат вызовы функций Pthreads, предназначенных для блокирования и разблокирования взаимного исключения.

Листинг 30.15. Функции my_lock_wait и my_lock_release: использование блокировок Pthread

//server/lock_pthread.c

17 void

18 my_lock_wait()

19 {

20  Pthread_mutex_lock(mptr),

21 }

22 void

23 my_lock_release()

24 {

25  Pthread_mutex_unlock(mptr);

26 }

Сравнивая строки 3 и 4 табл. 30.1, можно заметить, что версия, использующая синхронизацию процессов при помощи взаимного исключения, характеризуется более высоким быстродействием, чем версия с блокировкой файла.

30.9. Сервер TCP с предварительным порождением процессов: передача дескриптора

Последней модификацией нашего сервера с предварительным порождением процессов является версия, в которой только родительский процесс вызывает функцию accept, а затем «передает» присоединенный сокет какому-либо одному дочернему процессу. Это помогает обойти необходимость защиты вызова accept, но требует некоторого способа передачи дескриптора между родительским и дочерним процессами. Эта техника также несколько усложняет код, поскольку родительскому процессу приходится отслеживать, какие из дочерних процессов заняты, а какие свободны, чтобы передавать дескриптор только свободным дочерним процессам.

В предыдущих примерах сервера с предварительным порождением процессов родительскому процессу не приходилось беспокоиться о том, какой дочерний процесс принимает соединение с клиентом. Этим занималась операционная система, организуя вызов функции accept одним из свободных дочерних процессов или блокировку файла или взаимного исключения. Из первых двух столбцов табл. 30.2 видно, что операционная система, в которой мы проводим измерения, осуществляет равномерную циклическую загрузку свободных процессов клиентскими соединениями.

В данном примере для каждого дочернего процесса нам нужна некая структура, содержащая информацию о нем. Заголовочный файл child.h, в котором определяется структура Child, показан в листинге 30.16.

Листинг 30.16. Структура Child

//server/child.h

1 typedef struct {

2  pid_t child_pid;  /* ID процесса */

3  int child_pipefd; /* программный (неименованный) канал между

                        родительским и дочерним процессами */

4  int child_status; /* 0 = готово */

5  long child_count; /* количество обрабатываемых соединений */

6 } Child;

7 Child *cptr; /* массив структур Child */

Мы записываем идентификатор дочернего процесса, дескриптор программного канала (pipe) родительского процесса, связанного с дочерним, статус дочернего процесса и количество обрабатываемых дочерним процессом клиентских соединений. Это количество выводится обработчиком сигнала SIGINT и позволяет нам отслеживать распределение клиентских запросов между дочерними процессами.

Рассмотрим сначала функцию child_make, которая приведена в листинге 30.17. Мы создаем канал и доменный сокет Unix (см. главу 14) перед вызовом функции fork. После того, как создан дочерний процесс, родительский процесс закрывает один дескриптор (sockfd[1]), а дочерний процесс закрывает другой дескриптор (sockfd[0]). Более того, дочерний процесс подключает свой дескриптор канала (sockfd[1]) к стандартному потоку сообщений об ошибках, так что каждый дочерний процесс просто использует это устройство для связи с родительским процессом. Этот механизм проиллюстрирован схемой, приведенной на рис. 30.3.

Листинг 30.17. Функция child_make: передача дескриптора в сервере с предварительным порождением дочерних процессов

//server/child05.c

 1 #include "unp.h"

 2 #include "child.h"

 3 pid_t

 4 child_make(int i, int listenfd, int addrlen)

 5 {

 6  int sockfd[2];

 7  pid_t pid;

 8  void child_main(int, int, int);

 9  Socketpair(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0, sockfd);

10  if ((pid = Fork()) > 0) {

11   Close(sockfd[1]);

12   cptr[i].child_pid = pid;

13   cptr[i].child_pipefd = sockfd[0];

14   cptr[i].child_status = 0;

15   return (pid); /* родительский процесс */

16  }

17  Dup2(sockfd[1], STDERR_FILENO); /* канал от дочернего процесса к

                                       родительскому */

18  Close(sockfd[0]);

19  Close(sockfd[1]);

20  Close(listenfd); /* дочернему процессу не требуется, чтобы

                        он был открыт */

21  child_main(i, listenfd, addrlen); /* никогда не завершается */

22 }

Рис. 30.3. Канал после того, как дочерний и родительский процесс закрыли один конец

После создания всех дочерних процессов мы получаем схему, показанную на рис. 30.4. Мы закрываем прослушиваемый сокет в каждом дочернем процессе, поскольку только родительский процесс вызывает функцию accept. Мы показываем на рисунке, что родительский процесс должен обрабатывать прослушиваемый сокет, а также все доменные сокеты. Как можно догадаться, родительский процесс использует функцию select для мультиплексирования всех дескрипторов.

Рис. 30.4. Каналы после создания всех дочерних процессов

В листинге 30.18 показана функция main. В отличие от предыдущих версий этой функции, в данном случае в памяти размещаются все наборы дескрипторов и в каждом наборе включены все биты, соответствующие прослушиваемому сокету и каналу каждого дочернего процесса. Вычисляется также максимальное значение дескриптора и выделяется память для массива структур Child. Основной цикл запускается при вызове функции select.

Листинг 30.18. Функция main, использующая передачу дескриптора

//server/serv05.c

 1 #include "unp.h"

 2 #include "child.h"

 3 static int nchildren;

 4 int

 5 main(int argc, char **argv)

 6 {

 7  int listenfd, i, navail, maxfd, nsel, connfd, rc;

 8  void sig_int(int);

 9  pid_t child_make(int, int, int);

10  ssize_t n;

11  fd_set rset, masterset;

12  socklen_t addrlen, clilen;

13  struct sockaddr *cliaddr;

14  if (argc == 3)

15   listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);

16  else if (argc == 4)

17   listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);

18  else

19   err_quit("usage; serv05 [ <host> ] <port#> <#children>");

20  FD_ZERO(&masterset);

21  FD_SET(listenfd, &masterset);

22  maxfd = listenfd;

23  cliaddr = Malloc(addrlen);

24  nchildren = atoi(argv[argc - 1]);

25  navail = nchildren;

26  cptr = Calloc(nchildren, sizeof(Child));

27  /* предварительное создание дочерних процессов */

28  for (i = 0; i < nchildren; i++) {

29   child_make(i, listenfd, addrlen); /* родительский процесс

                                          завершается */

30   FD_SET(cptr[i].child_pipefd, &masterset);

31   maxfd = max(maxfd, cptr[i].child_pipefd);

32  }

33  Signal(SIGINT, sig_int);

34  for (;;) {

35   rset = masterset;

36   if (navail <= 0)

37    FD_CLR(listenfd, &rset); /* выключаем, если нет свободных

                                  дочерних процессов */

38   nsel = Select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);

39   /* проверка новых соединений */

40   if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {

41    clilen = addrlen;

42    connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &clilen);

43    for (i = 0; i < nchildren; i++)

44     if (cptr[i].child_status == 0)

45      break; /* свободный */

46    if (i == nchildren)

47     err_quit("no available children");

48    cptr[i].child_status = 1; /* отмечаем этот дочерний процесс как

                                   занятый */

49    cptr[i].child_count++;

50    navail--;

51    n = Write_fd(cptr[i].child_pipefd, 1, connfd);

52    Close(connfd);

53    if (--nsel == 0)

54     continue; /* с результатами select() закончено */

55   }

56   /* поиск освободившихся дочерних процессов */

57   for (i = 0; i < nchildren; i++) {

58    if (FD_ISSET(cptr[i].child_pipefd, &rset)) {

59     if ((n = Read(cptr[i].child_pipefd, &rc, 1)) == 0)

60      err_quit("child %d terminated unexpectedly", i);

61     cptr[i].child_status = 0;

62     navail++;

63     if (--nsel == 0)

64      break; /* с результатами select() закончено */

65    }

66   }

67  }

68 }