010990001 - Tietoliikennetekniikan jatko-

opintokurssi 2Unix Network Programming

Sockets Networking API

Chapter 6 - I/O Multiplexing: theselect and poll functions

I/O-tyypit

• Kun asiakasohjelman pitää hoitaa useita syötteitä ja tulostuksia, jonkinlaista kanavointia tulisi käyttää niissä

• Unix-järjestelmässä 5 eri I/O-mallia:– blocking I/O– nonblocking I/O– I/O multiplexing (select, poll)– signal driven I/O (SIGIO)– asynchronous I/O (POSIX aio_ -funktiot)

Blocking I/O

• Yleisin malli, oletuksena kaikki socketit ovat blokkaavia

Nonblocking I/O

• Kun socket on asetettu nonblocking-tilaan, kernel palauttaa virheen, mikäli socketia käyttävä pyyntö ei onnistu välittömästi

I/O Multiplexing

• I/O multiplexing -mallissa käytetään select- ja/tai poll-funktioita

• blocking I/O -mallissa lukittuvan read/write/connect -kutsun sijasta select on se lukittuva funktio, mutta se odottaa useiden syötteiden tapahtumia

• Yhtä syötettä käyttäessä huonompi vaihtoehto kuin tavallinen blocking I/O

Signal-Driven I/O

• Kernel välittää SIGIO-signaalin, kun I/O-operaatio voidaan aloittaa

Asynchronous I/O

• POSIX:ssa määritelty aio_-alkuisia funktioita, mutta tuki on aika rajoittunutta

• aio_ -kutsun (esim. aio_read) yhteydessä kerrotaan kernelille signaali, joka sen tulee palauttaa, kun I/O-operaatio on valmis (vrt. signal-driven)

• Funktio palaa välittömästi, ja prosessi jatkaa suoritustaan sillä aikaa. Kun määritelty signaali tulee kerneliltä, luetaan syötteestä

Asynchronous I/O

I/O-mallien vertailu

waitfordata

copydatafromkerneltouser

select-funktio

• select-kutsulla voidaan seurata, milloin– kuvaaja (fd) on luettavissa– kuvaaja on kirjoitettavissa– kuvaajan kohteessa tapahtuu jokin poikkeus

• Eri joukot luettavuus-,kirjoitettavuus- ja poikkeustarkastuksille

#include <sys/select.h> #include <sys/time.h>

int select (int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

select-funktio• timeval-rakenteessa 2 komponenttia,

sekunnit ja mikrosekunnit struct timeval { long tv_sec; /* seconds. */ long tv_usec; /* microseconds */ };

• Odotusajassa 3 vaihtoehtoa– odottaa ikuisesti (timeval *timeout = NULL)

– odottaa tietyn aikaa (asetetaan timeval)– palaa välittömästi

(timeout.tv_sec = 0, timeout.tv_usec = 0)

select-funktio• Luku-, kirjoitus- ja poikkeusjoukkoja

voidaan käsitellä 4 makrolla:void FD_ZERO (fd_set *readset);

void FD_SET (int fd, fd_set *readset);

void FD_CLR (int fd, fd_set *readset);

int FD_ISSET (int fd, fd_set *readset);

• Ensimmäinen nollaa joukon, toinen lisää sinne yhden kuvaajan, kolmas poistaa ja neljäs tarkistaa, sisältyykö kuvaaja tiettyyn joukkoon

select-funktio

• select-funktion ensimmäinen argumentti maxfdp1 on (joukkojen suurin fd) + 1 (huom. ei kuvaajien määrä + 1)

select-funktio

• valmiusehdot lukujoukolle, eli milloin select-funktio palaa: – dataa on luettavissa enemmän kuin ”low-water

mark”, oletuksena low-water mark on 1– lukupuoli on suljettu (esim. TCP:ssä saatu

FIN), lukuoperaatio palauttaa 0– kuuntelevassa socketissa valmiita yhteyksiä– virhe odotettavissa, lukuoperaatio palauttaa -1

ja err_no :n arvo asetetaan

select-funktio

• valmiusehdot kirjoitusjoukolle:– lähetysbufferissa dataa enemmän kuin ”low-

water mark” ja socket a) yhdistetty b) ei tarvitse yhdistämistä (esim. UDP)

– kirjoituspuoli suljettu, kirjoitusoperaatio luo SIGPIPE -signaalin

– non-blocking connect-funktiota käyttävä yhteys on valmis tai connect epäonnistunut

– socket-virhe odotettavissa, kirjoitusoperaatio palauttaa -1 ja err_no-arvo asetetaan

select-funktio

void str_cli(FILE *fp, int sockfd){

int maxfdp1;fd_set rset;char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

FD_ZERO(&rset);for ( ; ; ) {

FD_SET(fileno(fp), &rset);FD_SET(sockfd, &rset);maxfdp1 = max(fileno(fp), sockfd) + 1;Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) { /* socket is readable */if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0) err_quit("str_cli: server terminated

prematurely");Fputs(recvline, stdout);

}if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) { /* input is readable */

if (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) == NULL)return; /* all done */

Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));} } }

Batch mode

shutdown-funktio

• Batch-mode voi aiheuttaa ongelmia, jos funktio palaa ja fd suljetaan liian aikaisin– ratkaisu sulkemalla puolet TCP-yhteydestä,

mutta pitämällä socketin fd yhä luettavana

• Tämä voidaan tehdä shutdown-funktiollaint shutdown (int sockfd, int howto);

• howto voi olla SHUT_RD, SHUT_WR, SHUT_RDWR

shutdown-funktio & TCP

voidstr_cli(FILE *fp, int sockfd){ int maxfdp1, stdineof; fd_set rset; char buf[MAXLINE]; int n;

stdineof = 0; FD_ZERO(&rset); for ( ; ; ) { if (stdineof == 0) FD_SET(fileno(fp), &rset); FD_SET(sockfd, &rset); maxfdp1 = max(fileno(fp),

sockfd) + 1; Select(maxfdp1, &rset, NULL,

NULL, NULL);

if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) { if ( (n = Read(sockfd, buf,

MAXLINE)) == 0) { if (stdineof == 1) return; else err_quit("str_cli: server

terminated prematurely"); } Write(fileno(stdout), buf, n); }

if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) { if ( (n = Read(fileno(fp), buf,

MAXLINE)) == 0) { stdineof = 1; Shutdown(sockfd, SHUT_WR);

FD_CLR(fileno(fp), &rset); continue; } Writen(sockfd, buf, n); } }}

pselect-funktio• int pselect(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set

*exceptfds, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask);

• 2 muutosta select-funktioon verrattuna– Käyttää timespec-rakennetta timeval:n sijasta,

toisena jäsenenä nanosekunnit– Signaalimaski-osoitin, jolla

• Käsitellään tarkemmin myöhemmin (kappaleessa 20)

poll-funktioint poll(struct pollfd *fdarray, unsigned int nfds, int

timeout);

struct pollfd {

int fd;

short events;

short revents;

};

• Poll-funktiolla voidaan määritellä halutut tapahtumat, joita odotetaan kuvaajasta (vain stream-tyyppiset inputit)