Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

Функция DllMain служит характерным примером решения проблемы долговременных состояний в многопоточной среде и объединяет TLS и библиотеки DLL.

Освобождать ресурсы при отсоединении потоков (случай DLL_THREAD_DETACH) особенно важно в случае серверной среды; если этого не делать, то ресурсы сервера, в конечном счете, исчерпаются, что может привести к сбоям в его работе или снижению производительности или к тому и другому одновременно.

Примечание

Некоторые из иллюстрируемых ниже концепций прямого отношения к сокетам не имеют, но, тем не менее, рассматриваются именно здесь, а не в предыдущих главах, поскольку данный пример предоставляет удобную возможность для иллюстрации методов создания безопасных многопоточных DLL в реалистических условиях.

Использующие эту DLL коды клиента и сервера, незначительно измененные по сравнению с программами 12.1 и 12.2, доступны на Web-сайте книги.

Программа 12.4. SendReceiveSKST: безопасная многопоточная DLL 

/* SendReceiveSKST.с — DLL многопоточного потокового сокета. */

/* В качестве разделителей сообщений используются символы конца */

/* строки ('\0'), так что размер сообщения заранее не известен. */

/* Поступающие данные буферизуются и сохраняются в промежутках между */

/* вызовами функций. */

/* Для этой цели используются локальные области хранения потоков */

/* (Thread Local Storage, TLS), обеспечивающие каждый из потоков */

/* собственным закрытым "статическим хранилищем". */

#define _NOEXCLUSIONS

#include "EvryThng.h"

#include "ClntSrvr.h" /* Определяет записи запроса и ответа. */

typedef struct STATIC_BUF_T {

 /* "static_buf" содержит "static_buf_len" байтов остаточных данных. */

 /* Символы конца строки (нулевые символы) могут присутствовать, а могут */

 /* и не присутствовать. */

 char static_buf[MAX_RQRS_LEN] ;

 LONG32 static_buf_len;

} STATIC_BUF;

static DWORD TlsIx = 0; /* Индекс TLS – ДЛЯ КАЖДОГО ПРОЦЕССА СВОЙ ИНДЕКС.*/

 /* Для однопоточной библиотеки использовались бы следующие определения:

  static char static_buf [MAX_RQRS_LEN];

  static LONG32 static_buf_len; */

 /* Основная функция DLL. */

BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hinstDLL, DWORD fdwReason, LPVOID lpvReserved) {

 STATIC_BUF * pBuf;

 switch (fdwReason) {

 case DLL_PROCESS_ATTACH:

  TlsIx = TlsAlloc(); 

  /* Для основного потока подключение отсутствует, поэтому во время подключения процесса необходимо выполнить также операции по подключению потока. */

 case DLL_THREAD_ATTACH:

  /* Указать, что память не была распределена. */

  TlsSetValue(TlsIx, NULL);

  return TRUE; /* В действительности это значение игнорируется. */

 case DLL_PROCESS_DETACH:

  /* Отсоединить также основной поток. */

  pBuf = TlsGetValue(TlsIx);

  if (pBuf != NULL) {

   free(pBuf);

   pBuf = NULL;

  }

  return TRUE;

 case DLL_THREAD_DETACH:

  pBuf = TlsGetValue(TlsIx);

  if (pBuf != NULL) {

   free(pBuf);

   pBuf = NULL;

  }

  return TRUE;

 }

}

_declspec(dllexport) 

BOOL ReceiveCSMessage(REQUEST *pRequest, SOCKET sd) {

 /* Возвращаемое значение TRUE указывает на ошибку или отсоединение. */

 BOOL Disconnect = FALSE;

 LONG32 nRemainRecv = 0, nXfer, k; /* Должны быть целыми со знаком. */

 LPSTR pBuffer, message;

 CHAR TempBuf[MAX_RQRS_LEN + 1];

 STATIC_BUF *p;

 p = (STATIC_BUF *)TlsGetValue(TlsIx);

 if (p == NULL) { /* Инициализация при первом вызове. */

  /* Распределять это хранилище будут только те потоки, которым оно */

  /* необходимо. Другие типы потоков могут использовать TLS для иных целей. */

  р = malloc(sizeof(STATIC_BUF));

  TlsSetValue(TlsIx, p);

  if (p == NULL) return TRUE; /* Ошибка. */

  p->static_buf_len = 0; /* Инициализировать состояние. */

 }

 message = pRequest->Record;

 /* Считать до символа новой строки, оставляя остаточные данные в статическом буфере. */

 for (k = 0; k < p->static_buf_len && p->static_buf[k] != '\0'; k++) { 

  message[k] = p->static_buf[k];

 } /* k – количество переданных символов. */

 if (k < p->static_buf_len) { /* В статическом буфере обнаружен нулевой символ. */

  message[k] = '\0';

  p->static_buf_len –= (k + 1); /* Скорректировать состояние статического буфера. */

  memcpy(p->static_buf, &(p->static_buf[k + 1]), p->static_buf_len);

  return FALSE; /* Входные данные сокета не требуются. */

 }

 /* Передан весь статический буфер. Признак конца строки не обнаружен.*/

 nRemainRecv = sizeof(TempBuf) – 1 – p->static_buf_len;

 pBuffer = message + p->static_buf_len;

 p->static_buf_len = 0;

 while (nRemainRecv > 0 && !Disconnect) {

  nXfer = recv(sd, TempBuf, nRemainRecv, 0);

  if (nXfer <= 0) {

   Disconnect = TRUE;

   continue;

  }

  nRemainRecv –= nXfer;

  /* Передать в целевое сообщение все символы вплоть до нулевого, если таковой имеется. */

  for (k =0; k < nXfer && TempBuf[k] != '\0'; k++) {

   *pBuffer = TempBuf[k];

   pBuffer++;

  }

  if (k >= nXfer) { /*Признак конца строки не обнаружен, читать дальше*/

   nRemainRecv –= nXfer;

  } else { /* Обнаружен признак конца строки. */

   *pBuffer = '\0';

   nRemainRecv = 0;

   memcpy(p->static_buf, &TempBuf[k + 1], nXfer – k – 1);

   p->static_buf_len = nXfer – k – 1;

  }

 }

 return Disconnect;

}

_declspec(dllexport)

BOOL SendCSMessage(RESPONSE *pResponse, SOCKET sd) {

 /* Послать запрос серверу в сокет sd. */

 BOOL Disconnect = FALSE;

 LONG32 nRemainSend, nXfer;

 LPSTR pBuffer; 

 pBuffer = pResponse->Record;

 nRemainSend = strlen(pBuffer) + 1;

 while (nRemainSend > 0 && !Disconnect) {

  /* Отправка еще не гарантирует, что будет отослано все сообщение. */

  nXfer = send(sd, pBuffer, nRemainSend, 0);

  if (nXfer <= 0) {

   fprintf(stderr, "\nОтключение сервера до посылки запроса завершения");

   Disconnect = TRUE;

  }

  nRemainSend –=nXfer;

  pBuffer += nXfer;

 }

 return Disconnect;

} 

Комментарии по поводу DLL и безопасной многопоточной среды

• Всякий раз, когда создается новый поток, вызывается функция DllMain с опцией DLL_THREAD_ATTACH, но для основного потока отдельного вызова с опцией DLL_THREAD_ATTACH не существует. В случае основного потока должна использоваться опция DLL_PROCESS_ATTACH.

• Вообще говоря, в том числе и в данном случае (возьмите, например, поток, принимающий сообщения (accept thread)), некоторым потокам распределение памяти может и не требоваться, но DllMain не в состоянии различать отдельные типы потоков. Поэтому на участке кода, соответствующем варианту выбора DLL_THREAD_ATTACH, фактического распределения памяти не происходит; здесь только инициализируется параметр TLS. Распределение памяти осуществляется точкой входа ReceiveCSMessage при первом ее вызове. Благодаря этому собственная память выделяется только тем потокам, которые в этом действительно нуждаются, и различные типы потоков получают ровно столько ресурсов, сколько им требуется.

• Хотя рассматриваемая библиотека DLL и обеспечивает безопасную многопоточную поддержку, любой поток в каждый момент времени может работать только с одним сокетом, поскольку долговременные состояния ассоциируются не с сокетами, а с потоками. Этот момент учитывается в следующем примере.

• Исходным кодом DLL, размещенным на Web-сайте, предусмотрен вывод общего количества вызовов DllMain в соответствии с их типами.

• Даже при таком решении существует риск утечки ресурсов. Некоторые потоки, например поток приема сообщений, могут вообще не завершаться, и поэтому не будут отсоединены от библиотеки DLL. Для остающихся активных потоков функция ExitProcess вызовет DllMain с опцией DLL_PROCESS_DETACH, а не DLL_THREAD_DETACH. В данном случае никаких проблем не возникает, поскольку поток приема сообщений никаких ресурсов не распределяет, а освобождение памяти происходит по завершении процесса. Однако, проблемы возможны в тех случаях, когда потоки распределяют такие ресурсы, как временные файлы. Поэтому окончательное решение должно предусматривать создание глобально доступного списка ресурсов. Тогда участок кода, соответствующий опции DLL_PROCESS_DETACH, мог бы взять на себя просмотр этого списка и освобождение ненужных ресурсов.

Пример: альтернативная стратегия создания безопасных библиотек DLL с много поточной поддержкой