Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

• Название: Операционная система UNIX
• Автор: Андрей Робачевский
• Издательство: BHV - Санкт-Петербург
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 1997
• ISBN: 5-7791-0057-8

Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для широкого круга пользователей

---

Последний таймер из рассматриваемых, это 2MSL-таймер (2MSL — двойное максимальное время жизни сегмента в сети). Модуль TCP запускает этот таймер, когда производится завершение связи, и уже отправлено подтверждение полученному сегменту FIN. При этом отправитель не знает, получено ли его подтверждение. Поэтому он некоторое время ждет возможного повторного получения сегмента FIN, чтобы в свою очередь повторить подтверждение. Таймер запускается при переходе коммуникационного узла канала в состояние TIME-WAIT, и после его срабатывания соответствующий управляющий блок удаляется. Заметим, что это ожидание не блокирует процесс, выполнивший системный вызов close(2) сокета, отвечающего за данный канал. Другими словами, управляющий блок может существовать еще некоторое время после закрытия дескриптора сокета.

Поддержка сети в UNIX System V

Многие из аспектов реализации поддержки сети в BSD UNIX справедливы и для архитектуры сетевых протоколов UNIX System V. Однако сам механизм обеспечения взаимодействия модулей существенно отличается. Для поддержки сети в UNIX System V используется подсистема STREAMS, рассмотренная в главе 5.

Подсистема ввода/вывода, основанная на архитектуре STREAMS, позволяет в полной мере отразить уровневую структуру коммуникационных протоколов, когда каждый уровень имеет стандартные интерфейсы взаимодействия с другими (верхним и нижним) уровнями, и может работать независимо от конкретной реализации протоколов на соседних уровнях. Архитектура STREAMS полностью соответствует этой модели, позволяя создавать драйверы, которые являются объединениями независимых модулей.

Обмен данными между модулями STREAMS также соответствует характеру взаимодействия отдельных протоколов: данные передаются в виде сообщений, а каждый модуль выполняет требуемую их обработку. На рис. 6.30 приведена схема реализации протоколов TCP/IP в UNIX System V. Используя терминологию предыдущей главы, можно отметить, что модуль IP является гибридным мультиплексором, позволяя обслуживать несколько потоков, приходящих от драйверов сетевых адаптеров (в данном случае Ethernet и FDDI), и несколько потоков к модулям транспортных протоколов (TCP и UDP), а модули TCP и UDP — верхними мультиплексорами, обслуживающими прикладные программы, такие как сервер маршрутизации routed(1M), сервер удаленного терминального доступа telnetd(1M), сервер FTP ftpd(1M), а также программы-клиенты пользователей (например talk(1)).

Рис. 6.30. Реализация протоколов TCP/IP на основе архитектуры STREAMS

Анализ программного обеспечения сетевой поддержки показывает, что как правило сетевые и транспортные протоколы, составляющие базовый стек TCP/IP, поставляются одним производителем, в то время как поддержка уровней сетевого интерфейса и приложений может осуществляться продуктами различных разработчиков. Соответственно, можно выделить два основных интерфейса взаимодействия, стандартизация которых позволяет обеспечить совместную работу различных компонентов программного обеспечения. Первый интерфейс определяет взаимодействие транспортного уровня и уровня приложений и называется интерфейсом поставщика транспортных услуг (Transport Provider Interface, TPI). Второй интерфейс устанавливает правила и формат сообщений, передаваемых между сетевым уровнем и уровнем сетевого интерфейса, и называется интерфейсом поставщика услуг канала данных (Data Link Provider Interface, DLPI).

Вообще говоря, сетевая архитектура, основанная на архитектуре STREAMS, позволяет обеспечить поддержку любого стека протоколов, соответствующего модели OSI. Поэтому выражаясь более точно, перечисленные интерфейсы определяют взаимодействие транспортного уровня и уровня сеанса, и уровня канала и сетевого уровня, соответственно. Эти рассуждения проиллюстрированы на рис. 6.31.[93]

Рис. 6.31. Интерфейсы взаимодействия модулей протоколов

Интерфейс TPI

TPI представляет собой интерфейс предоставления услуг транспортного уровня OSI модели как с предварительным установлением соединения (connection mode), так и без установления соединения (connectionless mode). Стандартизация этого интерфейса позволяет изолировать особенности реализации транспортного уровня от потребителя этих услуг и, тем самым, предоставить возможность разработки программного обеспечения, независимо от конкретного протокола и услуг им предоставляемых.

TPI определяет набор и формат сообщений, с помощью которых протоколы верхнего уровня взаимодействуют с модулем транспортного протокола. Таким образом, TPI является интерфейсом между поставщиком транспортных услуг (transport provider) и пользователем этих услуг (transport user). Эти сообщения определяют транспортные примитивы (transport primitive), или команды, и могут иметь следующий формат:

□ Сообщение состоит из блока типа M_PROTO, за которым может следовать несколько блоков M_DATA. Блок M_PROTO содержит управляющую информацию, включая тип команды и ее аргументы. В блоках M_DATA передаются ассоциированные с командой данные прикладной программы.

□ Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO, который содержит управляющую информацию, включая тип команды и ее аргументы.

□ Сообщение состоит из одного или более блоков M_DATA, в которых передаются данные прикладной программы.

Таблица 6.10. Основные управляющие сообщения TPI

Транспортный примитив Тип сообщения Значение T_BIND_REQ M_PROTO Запрос на связывание. Этот примитив инициируется пользователем транспортных услуг и запрашивает связывание потока с адресом протокола. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, который содержит значение адреса и заказанное максимальное число запросов, ожидающих обслуживания со стороны пользователя. Последний параметр игнорируется для транспортных услуг без предварительного установления связи. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM type Тип примитива — T_BIND_REQ ADDR_length Размер адреса протокола ADDR_offset Смещение адреса в блоке M_PROTO CONIND_number Максимальное число запросов, ожидающих обслуживания T_BIND_ACK M_PCPROTO Подтверждение получения запроса на связывание. Этот примитив отправляется пользователю транспортных услуг и означает, что поток был связан с адресом протокола, заказанное максимальное число ожидающих запросов допустимо и поток был активизирован. Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO, содержащего значения указанных параметров. Заметим, что возвращаемый адрес может не совпадать с адресом, указанным в запросе T_BIND_REQ. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_BIND_ACK ADDR_length Размер адреса протокола ADDR_offset Смещение адреса в блоке M_PROTO CONIND_number Максимальное число запросов, ожидающих обслуживания T_UNBIND_REQ M_PROTO Запрос на уничтожение связывания. Этот примитив инициируется пользователем транспортных услуг и запрашивает у поставщика уничтожение ранее созданного связывания потока с адресом протокола и деактивизацию потока. T_CONN_REQ M_PROTO Запрос на установление связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи. Он инициируется пользователем транспортных услуг и запрашивает установление связи с указанным адресатом. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Заметим, что протокол TCP не позволяет передавать прикладные данные вместе с запросом. Блок M_PROTO содержит значение адреса получателя и опции, связанные с этим примитивом. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_CONN_REQ DEST_length Размер адреса протокола DEST_offset Смещение адреса получателя в блоке M_PROTO ОРТ_length Размер опций ОРТ_offset Смещение опций в блоке M_PROTO T_CONN_IND M_PROTO Индикация установления связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи и свидетельствует о том, что удаленным пользователем с указанным адресом был сделан запрос на установление связи. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Блок M_PROTO содержит значение адреса удаленного пользователя, отправившего запрос на установление связи, а также опции, связанные с этим примитивом. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_CONN_IND SRC_length Размер адреса протокола SRC_offset Смещение адреса отправителя в блоке M_PROTO OPT_length Размер опций OPT_offset Смещение опций в блоке M_PROTO SEQ_number Идентификатор соединения T_CONN_RES M_PROTO Ответ на запрос на установление связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи и свидетельствует о том, что поставщик транспортных услуг принимает предшествующий запрос на установление связи. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Блок M_PROTO содержит указатель на очередь чтения потока, который будет обрабатывать запрос. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_CONN_RES QUEUE_ptr Указатель на очередь потока, который должен быть использован в качестве узла созданного соединения OPT_length Размер опций OPT_offset Смещение опций в блоке M_PROTO SEQ_number Идентификатор соединения T_CONN_CON M_PROTO Подтверждение установления связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи. Он отправляется пользователю транспортных услуг в качестве подтверждения установления связи с удаленным пользователем. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Блок M_PROTO содержит значение размера адреса, сам адрес удаленного пользователя, обслуживающего соединение, а также опции, связанные с этим примитивом. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_CONN_CON RES_length Размер адреса протокола RES_ offset Смещение адреса удаленного узла в блоке M_PROTO OPT_length Размер опций ОРТ_offset Смещение опций в блоке M_PROTO Т_DISCON_REQ M_PROTO Запрос на разрыв связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи. Он инициируется пользователем транспортных услуг и свидетельствует либо об отказе пользователем в установлении связи, либо о желании пользователя разорвать уже существующее соединение для данного потока. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_DISCON_REQ SEQ_number Идентификатор соединения Т_DISCON_IND M_PROTO Индикация разрыва связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи и свидетельствует о том, что удаленный пользователь либо отказывает в установлении связи, либо желает разорвать существующее соединение. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные, определенные пользователем. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_DISCON_IND DISCON_reason Причина разрыва связи SEQ_number Идентификатор соединения Т_ORDREL_REQ M_PROTO Запрос на "аккуратное" прекращение связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи и указывает поставщику транспортных услуг, что пользователь завершил передачу данных. При этом соединение переходит в симплексный режим, позволяя пользователю принимать данные от удаленного узла. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO. Т_ORDREL_IND M_PROTO Индикация "аккуратного" прекращения связи. Этот примитив применим только для транспортных услуг с предварительным установлением связи и отправляется пользователю транспортных услуг, свидетельствуя о том, что удаленный пользователь соединения завершил передачу данных. При этом соединение переходит в симплексный режим, позволяя пользователю передавать данные удаленному узлу. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO. T_UNIDATA_REQ M_PROTO Запрос на передачу данных. Этот примитив применим только для транспортных услуг без предварительного установления связи и отправляется пользователем транспортных услуг в качестве запроса на передачу дата- граммы. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные пользователя. Блок M_PROTO содержит значение размера адреса и сам адрес получателя датаграммы, а также опции, связанные с этим примитивом. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_UNIDATA_REQ DEST_length Размер адреса протокола DEST_offset Смещение адреса получателя в блоке M_PROTO OPT_length Размер опций ОРТ_offset Смещение опций в блоке M_PROTO Т_UNITDATA_IND M_PROTO Индикация получения данных. Этот примитив применим только для транспортных услуг без предварительного установления связи и указывает пользователю, что поставщиком транспортных услуг получена датаграмма от удаленного узла. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные пользователя. Блок M_PROTO содержит значение адреса отправителя датаграммы, а также опции, связанные с этим примитивом. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_UNIDATA_IND SRC length Размер адреса протокола SRC_offset Смещение адреса отправителя в блоке M_PROTO OPT_length Размер опций ОРТ_offset Смещение опций в блоке M_PROTO T_UDERROR_IND M_PROTO Сообщение об ошибке датаграммы. Этот примитив применим только для транспортных услуг без предварительного установления связи и указывает пользователю, что датаграмма с указанным адресом получателя и опциями вызвала ошибку. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, содержащего размер адреса и сам адрес получателя, опции, а также код ошибки, зависящий от конкретного транспортного протокола. Блок M_PROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_UDERROR_IND DEST_length Размер адреса протокола DEST_offset Смещение адреса отправителя в блоке M_PROTO OPT_length Размер опций OPT_offset Смещение опций в блоке M_PROTO ERROR_type Код ошибки T_DATA_REQ M_PROTO Запрос на передачу данных. Этот примитив применим только для транспортных услуг без предварительного установления связи и информирует поставщика транспортных услуг, что сообщение содержит пакет данных интерфейса (Transport Interface Data Unit, TIDU). Одно или более таких сообщений формируют пакет данных протокола TSDU. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные пользователя. Блок M_PROTO содержит флаг MORE_flag, указывающий, является ли следующее сообщение T_DATA_REQ частью того же TSDU. На основании этого флага поставщик транспортных услуг компонует транспортные пакеты TSDU. Передача данных с помощью запросов T_DATA_REQ позволяет сохранить границы записи при передаче. Заметим, что протоколом TCP данная возможность не поддерживается. T_DATA_IND M_PROTO Индикация получения данных. Этот примитив применим только для транспортных услуг без предварительного установления связи и информирует пользователя, что сообщение содержит пакет данных интерфейса TIDU. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, за которым может следовать один или несколько блоков типа M_DATA, содержащих прикладные данные удаленного пользователя. Блок M_PROTO содержит флаг MORE_flag, позволяющий пользователю определить границы TSDU. Т_EXDATA_REQ M_PROTO Запрос на передачу экстренных данных. Этот примитив аналогичен T_DATA_REQ, но служит для передачи экстренных данных. Протокол TCP поддерживает передачу экстренных данных с помощью функции t_snd(3N) с аргументом flags, содержащим флаг T_EXPEDITED и, возможно, T_MORE. T_EXDATA_IND M_PROTO Индикация получения экстренных данных. Этот примитив аналогичен T_DATA_IND, но служит для передачи пользователю экстренных данных. T_OK_ACK M_PCPROTO Положительное подтверждение. Этот примитив сообщает пользователю транспортных услуг, что предшествующий примитив, инициированный им, был успешно принят поставщиком транспортных услуг. В то же время, получение подтверждения не означает, что поставщиком были совершены какие-либо действия, связанные с предыдущим примитивом. Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO в котором хранится тип подтвержденного примитива CORRECT_prim. T_ERROR_ACK M_PCPROTO Сообщение об ошибке. Этот примитив сообщает пользователю услуг, последний примитив, инициированный им, вызвал ошибку. Получение этого примитива может рассматриваться как отрицательное подтверждение, свидетельствующее, что никаких действий, связанных с ошибочным примитивом, не было предпринято. Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO, содержащего тип примитива, вызвавшего ошибку, код TLI и код системной ошибки UNIX. Блок M_PCPROTO содержит следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_ERROR_ACK ERROR_prim Тип ошибочного примитива TLI_error Код ошибки TLI UNIX_error Код системной ошибки UNIX T_INFO_REQ M_PCPROTO Запрос на получение параметров транспортного протокола. Этот примитив служит для запроса пользователем значений размеров различных параметров протокола, а также информации о текущим состоянии поставщика транспортных услуг. Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO. T_INFO_ACK M_PCPROTO Параметры транспортного протокола. Этот примитив служит для передачи пользователю ранее запрошенных с помощью T_INFO_REQ параметров транспортного протокола. Сообщение состоит из одного блока M_PCPROTO, содержащего информацию, часть из которой возвращается функцией t_open(3N), рассмотренной в разделе "Программный интерфейс сокетов" ранее в этой главе. Блок M_PCPROTO состоит из следующих полей: PRIM_type Тип примитива — T_INFO_ACK TSDU_size Определяет максимальный размер пакета данных протокола TSDU ETSDU_size Определяет максимальный размер пакета экстренных данных протокола ETSDU CDATA_size Определяет максимальный объем данных, передаваемых при установлении связи. Соответствует полю connect структуры info функции t_open(3N) DDATA_size Определяет максимальный объем данных, передаваемых при разрыве связи. Соответствует полю discon структуры info функции t_open(3N) ADDR_size Определяет максимальный объем транспортного протокола. Соответствует полю addr структуры info функции t_open(3N) OPT_size Определяет размер опций для данного протокола. Соответствует полю options структуры info функции t_open(3N) TIDU_size Определяет размер пакета данных интерфейса TIDU SERV_type Определяет тип транспортных услуг, предоставляемых поставщиком. Соответствует полю servtype структуры info функции t_open(3N) CURRENT_state Определяет текущее состояние поставщика транспортных услуг PROVIDER_flag Определяет дополнительные характеристики поставщика транспортных услуг T_OPTMGMT_REQ M_PROTO Управление опциями протокола. Этот примитив позволяет пользователю получить или установить опции протокола. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, включающего следующие поля: PRIM_type Тип примитива — T_OPTMGMT_REQ OPT_length Размер опций ОРТ_offset Смещение опций в блоке M_PROTO MGMT_flags Флаги, определяющие характер запроса пользователя: T_NEGOTIATE — установить опции, указанные пользователем. В результате опции, установленные поставщиком, могут отличаться от заказанных; T_CHECK — проверить, поддерживаются ли опции, указанные пользователем, поставщиком; T_DEFAULT — возвратить значения опций протокола. T_OPTMGMT_ACK M_PCPROTO Положительное подтверждение. Этот примитив подтверждает завершение операции с опциями протокола, заказанными пользователем. Сообщение состоит из одного блока M_PROTO, включающего те же поля, что и T_OPTMGMT_REQ.

Взаимодействие с прикладными процессами