Уильям Стивенс - UNIX: взаимодействие процессов Страница 20

Стандартная библиотека ввода-вывода также может использоваться для считывания и записи данных в пpoгрaммный канал или FIFO. Поскольку канал может быть открыт только функцией piре, возвращающей открытый дескриптор, для создания нового стандартного потока, связанного с этим дескриптором, можно использовать стандартную функцию fdopen. Канал FIFO обладает именем, поэтому он может быть открыт с помощью функции fopen.

Можно создавать и более структурированные сообщения — эта возможность предоставляется очередями сообщений и в Posix, и в System V. Мы вскоре узнаем, что каждое сообщение обладает длиной и приоритетом (типом в System V). Длина и приоритет указываются отправителем и возвращаются получателю после считывания сообщения. Каждое сообщение представляет собой запись, аналогично дeйтaгрaммaм UDP ([24]).

Мы можем структурировать данные, передаваемые по программному каналу или FIFO, самостоятельно. Определим сообщение в нашем заголовочном файле mesg.h, как показано в листинге 4.12.

//pipemesg/mesg.h

1  #include "unpipc.h"

2  /* Наши собственные "сообщения", которые могут использоваться с каналами, FIFO и очередями сообщений */

3  /* Мы хотим, чтобы sizeof(struct mymesg) <= PIPE_BUF */

4  #define MAXMESGDATA (PIPE_BUF – 2*sizeof(long))

5  /* Длина mesg_len и mesg_type */

6  #define MESGHDRSIZE (sizeof(struct mymesg) – MAXMESGDATA)

7  struct mymesg {

8   long mesg_len; //количество байтов в mesg_data, может быть О

9   long mesg_type;//тип сообщения, должен быть > 0

10  char mesg_data[MAXMESGDATA];

11 };

12 ssize_t mesg_send(int, struct mymesg *);

13 void Mesg_send(int, struct mymesg *);

14 ssize_t mesg_recv(int, struct mymesg *);

15 ssize_t Mesg_recv(int, struct mymesg *);

Каждое сообщение содержит в себе информацию о своем типе (mesg_type), причем значение этой переменной должно быть больше нуля. Пока мы будем игнорировать это поле в записи, но вернемся к нему в главе 6, где описываются очереди сообщений System V. Каждое сообщение также обладает длиной, кoтopая может быть и нулевой. Структура mymesg позволяет предварить каждое сообщение информацией о его типе и длине вместо использования символа перевода строки для сигнализации конца сообщения. Ранее мы отметили два преимущества этого подхода: получатель не должен сканировать все принятые байты в поисках конца сообщения и отсутствует необходимость исключать появление разделителя в самих данных.

На рис. 4.13 изображен вид структуры mymesg и ее использование с каналами, FIFO и очередями сообщений System V. 

Рис. 4.13. Структура mymesg

Мы определяем две функции для отправки и приема сообщений. В листинге 4.13 приведен текст функции mesg_send, а в листинге 4.14 — функции mesg_recv.

//pipemesg/mesg_send.c

1 #include "mesg.h"

2 ssize_t

3 mesg_send(int fd, struct mymesg *mptr)

4 {

5  return(write(fd, mptr, MESGHDRSIZE + mptr->mesg_len));

6 }

//pipemesg/mesg_recv.c

1  #include "mesg.h"

2  ssize_t

3  mesg_recv(int fd, struct mymesg *mptr)

4  {

5   size_t len;

6   ssize_t n;

8   /* считывание заголовка сообщения для определения его длины */

9   if ((n = Read(fd, mptr, MESGHDRSIZE)) == 0)

10   return(0); /* end of file */

11  else if (n != MESGHDRSIZE)

12   err_quit("message header: expected %d, got %d". MESGHDRSIZE, n);

13  if ((len = mptr->mesg_len) > 0)

14   if ((n = Read(fd, mptr->mesg_data, len)) != len)

15    err_quit("message data: expected %d, got %d", len, n);

16  return(len);

17 }

Теперь для каждого сообщения функция read вызывается дважды: один раз для считывания длины, а другой — для считывания самого сообщения (если его длина больше 0).

ПРИМЕЧАНИЕ

Внимательные читатели могли заметить, что функция mesg_recv проверяет наличие всех возможных ошибок и прекращает работу при их обнаружении. Однако мы все же определили функцию-обертку Mesg_recv и вызываем из наших программ именно ее — для единообразия.

Изменим теперь функции client и server, чтобы воспользоваться новыми функциями mesg_send и mesg_recv. В листинге 4.15 приведен текст функции-клиента.

//pipemesg/client.c

1  #include "mesg.h"

2  void

3  client(int readfd, int writefd)

4  {

5   size_t len;

6   ssize_t n;

7   struct mymesg mesg;

8   /* считывание полного имени */

9   Fgets(mesg.mesg_data, MAXMESGDATA, stdin);

10  len = strlen(mesg.mesg_data);

11  if (mesg.mesg_data[len-1] == '\n')

12   len--; /* удаление перевода строки из fgets() */

13  mesg.mesg_len = len;

14  mesg.mesg_type = 1;

15  /* запись полного имени в канал IPC */

16  Mesg_send(writefd, &mesg);

17  /* считывание из канала IPC. запись в stdout */

18  while ( (n = Mesg_recv(readfd, &mesg)) > 0)

19   Write(STDOUT_FILENO, mesg.mesg_data, n);

20 }

8-16 Полное имя считывается из стандартного потока ввода и затем отправляется на сервер с помощью функции mesg_send.

17-19 Клиент вызывает функцию mesg_recv в цикле, считывая все приходящие от сервера сообщения. По соглашению, когда mesg_recv возвращает нулевую длину сообщения, это означает конец передаваемых сервером данных. Мы увидим, что сервер добавляет символ перевода строки к каждому сообщению, отправляемому клиенту, поэтому пустая строка будет иметь длину сообщения 1. В листинге 4.16 приведен текст функции-сервера.

//pipemesg/server.c

1  #include "mesg.h"

2  void

3  server(int readfd, int writefd)

4  {

5   FILE *fp;

6   ssize_t n;

7   struct mymesg mesg;

8   /* считывание полного имени из канала */

9   mesg.mesg_type = 1;

10  if ((n = Mesg_recv(readfd, &mesg)) == 0)

11   err_quit("pathname missing");

12  mesg.mesg_data[n] = '\0'; /* полное имя, завершающееся 0 */

13  if ((fp = fopen(mesg.mesg_data, "r")) == NULL) {

14   /* ошибка, нужно сообщить клиенту */

15   snprintf(mesg.mesg_data + n, sizeof(mesg.mesg_data) – n,

16    ": can't open, %s\n", strerror(errno));

17   mesg.mesg_len = strlen(mesg.mesg_data);

18   Mesg_send(writefd, &mesg);

19  } else {

20   /* файл успешно открыт, передача данных */

21   while (Fgets(mesg.mesg_data, MAXMESGDATA, fp) != NULL) {

22    mesg.mesg_len = strlen(mesg.mesg_data);

23    Mesg_send(writefd, &mesg);

24   }

25   Fclose(fp);

26  }

27  /* отправка сообщения нулевой длины для обозначения конца связи */

28  mesg.mesg_len = 0;

29  Mesg_send(writefd, &mesg);

30 }

8-18 Сервер принимает от клиента имя файла. Хотя значение mesg_type, равное 1, нигде не используется (оно затирается функцией mesg_recv из листинга 4.14), мы будем использовать ту же функцию при работе с очередями сообщений System V (листинг 6.8), а в данном случае в этом значении уже возникает потребность (см., например, листинг 6.11). Стандартная функция ввода-вывода fopen открывает файл, что отличается от листинга 4.3, где вызывалась функция open для получения дескриптора файла. Причина, по которой мы воспользовались fopen, заключается в том, что в этой пpoгрaммe мы пользуемся библиотечной функцией fgets для считывания содержимого файла построчно и затем отправляем клиенту строку за строкой.

19-26 Если вызов fopen оказывается успешным, содержимое файла считывается с помощью функции fgets и затем отправляется клиенту построчно. Сообщение с нулевой длиной означает конец файла.

При использовании пpoгрaммныx каналов или FIFO мы могли бы также закрыть канал IPC, чтобы дать клиенту знать о том, что передача файла завершена. Однако мы используем передачу сообщения нулевой длины, потому что другие типы IPC не поддерживают концепцию конца файла.

Функции main, вызывающие новые функции client и server, вообще не претерпели никаких изменений. Мы можем использовать либо версию для работы с каналами (листинг 4.1), либо версию для работы с FIFO (листинг 4.6).

4.11. Ограничения программных каналов и FIFO

На программные каналы и каналы FIFO системой накладываются всего два ограничения:

■ OPEN_MAX — максимальное количество дескрипторов, которые могут быть одновременно открыты некоторым процессом (Posix устанавливает для этой величины ограничение снизу — 16);

■ PIPE_BUF — максимальное количество данных, для которого гарантируется атомарность операции записи (описано в разделе 4.7; Posix требует по меньшей мере 512 байт).