Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов (2002) (1114651), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Рис. 20 Схема работы с сокетами с установлением соединения
Общая схема работы с сокетами без предварительного установления соединения проще, она такова:
Рис. 21 Схема работы с сокетами без установления соединения
-
Работа с локальными сокетами.
Рассмотрим небольшой пример, иллюстрирующий работу с сокетами в рамках локального домена (AF_UNIX). Ниже приведена небольшая программа, которая в зависимости от параметра командной строки исполняет роль клиента или сервера. Клиент и сервер устанавливают соединение с использованием датаграммных сокетов. Клиент читает строку со стандартного ввода и пересылает серверу; сервер посылает ответ в зависимости от того, какова была строка. При введении строки «quit» и клиент, и сервер завершаются.
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define SADDRESS "mysocket"
#define CADDRESS "clientsocket"
#define BUFLEN 40
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_un party_addr, own_addr;
int sockfd;
int is_server;
char buf[BUFLEN];
int party_len;
int quitting;
if (argc != 2) {
printf("Usage: %s client|server.\n", argv[0]);
return 0;
}
quitting = 1;
/* определяем, кто мы: клиент или сервер*/
is_server = !strcmp(argv[1], "server");
memset(&own_addr, 0, sizeof(own_addr));
own_addr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(own_addr.sun_path, is_server ? SADDRESS : CADDRESS);
/* создаем сокет */
if ((sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
{
printf("can't create socket\n");
return 0;
}
/* связываем сокет */
unlink(own_addr.sun_path);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &own_addr, sizeof(own_addr.sun_family)+ strlen(own_addr.sun_path)) < 0)
{
printf("can't bind socket!");
return 0;
}
if (!is_server)
{
/* это – клиент */
memset(&party_addr, 0, sizeof(party_addr));
party_addr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(party_addr.sun_path, SADDRESS);
printf("type the string: ");
while (gets(buf)) {
/* не пора ли выходить? */
quitting = (!strcmp(buf, "quit"));
/* считали строку и передаем ее серверу */
if (sendto(sockfd, buf, strlen(buf) + 1, 0, (struct sockaddr *) &party_addr, sizeof(party_addr.sun_family) +
strlen(SADDRESS)) != strlen(buf) + 1)
{
printf("client: error writing socket!\n");
return 0;
}
/*получаем ответ и выводим его на печать*/
if (recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0, NULL, 0) < 0)
{
printf("client: error reading socket!\n");
return 0;
}
printf("client: server answered: %s\n", buf);
if (quitting) break;
printf("type the string: ");
} // while
close(sockfd);
return 0;
} // if (!is_server)
/* это – сервер */
while (1)
{
/* получаем строку от клиента и выводим на печать */
party_len = sizeof(party_addr);
if (recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0,(struct sockaddr *) &party_addr, &party_len) < 0)
{
printf("server: error reading socket!");
return 0;
}
printf("server: received from client: %s \n", buf);
/* не пора ли выходить? */
quitting = (!strcmp(buf, "quit"));
if (quitting)
strcpy(buf, "quitting now!");
else
if (!strcmp(buf, "ping!"))
strcpy(buf, "pong!");
else
strcpy(buf, "wrong string!");
/* посылаем ответ */
if (sendto(sockfd, buf, strlen(buf) + 1, 0, (struct sockaddr *) &party_addr, party_len) != strlen(buf)+1)
{
printf("server: error writing socket!\n");
return 0;
}
if (quitting) break;
} // while
close(sockfd);
return 0;
}
-
Пример работы с сокетами в рамках сети.
В качестве примера работы с сокетами в домене AF_INET напишем простенький web-сервер, который будет понимать только одну команду :
GET /<имя файла>
Сервер запрашивает у системы сокет, связывает его с адресом, считающимся известным, и начинает принимать клиентские запросы. Для обработки каждого запроса порождается отдельный потомок, в то время как родительский процесс продолжает прослушивать сокет. Потомок разбирает текст запроса и отсылает клиенту либо содержимое требуемого файла, либо диагностику (“плохой запрос” или “файл не найден”).
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define PORTNUM 8080
#define BACKLOG 5
#define BUFLEN 80
#define FNFSTR "404 Error File Not Found "
#define BRSTR "Bad Request "
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in own_addr, party_addr;
int sockfd, newsockfd, filefd;
int party_len;
char buf[BUFLEN];
int len;
int i;
/* создаем сокет */
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
printf("can't create socket\n");
return 0;
}
/* связываем сокет */
memset(&own_addr, 0, sizeof(own_addr));
own_addr.sin_family = AF_INET;
own_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
own_addr.sin_port = htons(PORTNUM);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &own_addr,
sizeof(own_addr)) < 0)
{
printf("can't bind socket!");
return 0;
}
/* начинаем обработку запросов на соединение */
if (listen(sockfd, BACKLOG) < 0)
{
printf("can't listen socket!");
return 0;
}
while (1) {
memset(&party_addr, 0, sizeof(party_addr));
party_len = sizeof(party_addr);
/* создаем соединение */
if ((newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&party_addr, &party_len)) < 0)
{
printf("error accepting connection!");
return 0;
}
if (!fork())
{
/*это – сын, он обрабатывает запрос и посылает ответ*/
close(sockfd); /* этот сокет сыну не нужен */
if ((len = recv(newsockfd, &buf, BUFLEN, 0)) < 0)
{
printf("error reading socket!");
return 0;
}
/* разбираем текст запроса */
printf("received: %s \n", buf);
if (strncmp(buf, "GET /", 5))
{ /*плохой запрос!*/
if (send(newsockfd, BRSTR, strlen(BRSTR) + 1, 0) != strlen(BRSTR) + 1)
{
printf("error writing socket!");
return 0;
}
shutdown(newsockfd, 1);
close(newsockfd);
return 0;
}
for (i=5; buf[i] && (buf[i] > ' '); i++);
buf[i] = 0;
/* открываем файл */
if ((filefd = open(buf+5, O_RDONLY)) < 0)
{
/* нет файла! */
if (send(newsockfd, FNFSTR, strlen(FNFSTR) + 1, 0) != strlen(FNFSTR) + 1)
{
printf("error writing socket!");
return 0;
}
shutdown(newsockfd, 1);
close(newsockfd);
return 0;
}
/* читаем из файла порции данных и посылаем их клиенту */
while (len = read(filefd, &buf, BUFLEN))
if (send(newsockfd, buf, len, 0) < 0) {
printf("error writing socket!");
return 0;
}
close(filefd);
shutdown(newsockfd, 1);
close(newsockfd);
return 0;
}
/* процесс – отец. Он закрывает новый сокет и
продолжает прослушивать старый */
close(newsockfd);
}
}
7.2Среда параллельного программирования MPI
Еще одним программным механизмом, позволяющим организовать взаимодействие параллельных процессов вне зависимости от их взаимного расположения (т.е. исполняются ли они на одной машине (процессоре) или на разных), является библиотека MPI.
Как следует из ее названия14, библиотека MPI представляет собой набор функций, позволяющих программисту организовать обмен данными между процессами в терминах передачи сообщений. При этом ответственность за то, чтобы этот обмен был реализован оптимальным образом, в зависимости от конкретной вычислительной системы, на которой исполняется приложение, и от взаимного расположения обменивающихся процессов, ложится на саму библиотеку. Например, очевидно, что для процессов, исполняющихся на одном процессоре, наиболее эффективной будет реализация с использованием разделяемой памяти, в то время как в случае исполнения процессов на разных процессорах могут использоваться сокеты или другие механизмы (подробнее об особенностях различных архитектур мы поговорим чуть ниже).
Таким образом, MPI представляет собой более высокоуровневое средство программирования, нежели рассмотренные выше механизмы, такие как сокеты и разделяемая память, и в то же время в реализации библиотеки MPI могут использоваться все эти средства.
Кроме того, важно отметить, что в отличие от всех рассмотренных выше средств, MPI предоставляет возможность создавать эффективные программы, не только для работы в условиях псевдопараллелизма, когда параллельные процессы в реальности исполняются на единственном процессоре, но и для выполнения на многопроцессорных системах с реальным параллелизмом.
7.2.1Краткий обзор параллельных архитектур.
Прежде чем вдаваться в детали программирования для параллельных архитектур, рассмотрим на примерах некоторые особенности, общие для всего многообразия этих систем, и дадим некоторую их классификацию.
Очевидно, что главное отличие любой параллельной вычислительной системы от классической фон-неймановской архитектуры заключается в наличии нескольких процессоров, на которых одновременно могут выполняться независимые или взаимодействующие между собой задачи. При этом параллельно работающие процессы конкурируют между собой за остальные ресурсы системы, а также могут осуществлять взаимодействие аналогично тому, как это происходит в однопроцессорной системе. Рассматривая подробнее особенности различных многопроцессорных систем, мы обратим особое внимание на те механизмы, которые позволяют организовать на них взаимодействие параллельных процессов.
Основным параметром, позволяющим разбить все множество многопроцессорных архитектур на некоторые классы, является доступ к памяти. Существуют системы с общей памятью, обладающие определенным массивом блоков памяти, которые одинаково доступны всем процессорам, и системы с распределенной памятью, в которых у каждого процессора имеется в наличии только локальная память, доступ в которую других процессоров напрямую невозможен. Существует и промежуточный вариант между этими двумя классами – это так называемые системы с неоднородным доступом к памяти, или NUMA-системы. Далее мы подробнее остановимся на каждом из этих классов архитектур.
Системы с распределенной памятью – MPP.
Примером системы с распределенной памятью может служить массивно-параллельная архитектура – MPP15. Массивно-параллельные системы состоят из однородных вычислительных узлов, каждый из которых включает в себя:
-
один или несколько процессоров
-
локальную память, прямой доступ к которой с других узлов невозможен
-
коммуникационный процессор или сетевой адаптер
-
устройства ввода/вывода
Схема MPP системы, где каждый вычислительный узел (ВУ) имеет один процессорный элемент (например, RISC-процессор, одинаковый для всех ВУ), память и коммуникационное устройство, изображена на рисунке.
Рис. 22 Архитектура MPP.
Помимо вычислительных узлов, в систему могут входить специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны между собой посредством высокоскоростной среды передачи данных определенной топологии. Число процессоров в MPP-системах может достигать нескольких тысяч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
