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

---

Взаимодействие с прикладными процессами

Рассмотренный ранее программный интерфейс TLI полностью реализует функциональность TPI. Легко заметить соответствие между отдельными функциями TLI и примитивами TPI, приведенными в табл. 6.10. Схема вызова функций TPI и обмена соответствующими примитивами TPI между клиентом и сервером для типичного TCP-сеанса приведена на рис. 6.32.

Рис. 6.32. Функции TLI и примитивы TPI

Программный интерфейс потоков был рассмотрен в главе 5 при обсуждении подсистемы STREAMS. Основными функциями, обеспечивающими передачу и получение сообщений, являются системные вызовы putmsg(2) и getmsg(2). Таким образом, большинство функций TLI, составляющих программный интерфейс доступа прикладных процессов к транспортным протоколам, являются удобной оболочкой (реализованной в виде библиотеки, например, libnsl.so) более фундаментальным системным вызовам putmsg(2) и getmsg(2).

В качестве примера рассмотрим функцию t_connect(3N). Ее реализация может иметь следующий вид:

int t_connect(int fd, struct t_call *sndcall,

struct t_call *recvcall) {

 struct T_conn_req *connreq;

 struct T_conn_con* conncon;

 struct T_ok_ack *okack;

 struct T_error_ack *errack;

 struct strbuf connect, ack, confirm, m_data;

 struct netbuf addr, opt, udata;

 char *buf;

 int flags;

 ...

 /* Сохраним адреса буферов netbuf запроса sndcall */

 addr = sndcall->addr; opt = sndcall->opt;

 udata = sndcall->udata;

 /* Заполним поля структуры strbuf для формирования

    управляющей части (блок M_PROTO) сообщения T_CONN_REQ */

 connect.len =

  sizeof(struct T_conn_req) + addr.len + opt.len;

 connect.maxlen =

  sizeof(struct Т_conn_req) + addr.maxlen + opt.maxlen;

 buf = (char*)malloc(connect.maxlen);

 connect.buf = buf;

 /* Заполним поля заголовка блока M_PROTO сообщения T_CONN_REQ в

    соответствии с форматом структуры T_conn_req */

 connreq = (struct T_conn_req*)buf;

 connreq->PRIM_type = T_CONN_REQ;

 connreq->DEST_length = addr.len;

 connreq->DEST_offset = sizeof (struct T_conn_req);

 buf += sizeof(struct T_conn_req);

 memcpy(buf, addr.buf, addr.len);

 connreq->OPT_length = opt.len;

 connreq->OPT_offset = connreq->DEST_offset + opt.len;

 buf += addr.len;

 memcpy(buf, opt.buf, opt.len);

 /* Заполним поля структуры strbuf для формирования блока данных

    (блок M_DATA) */

 m_data.len = udata.len;

 m_data.maxlen = udata.maxlen;

 m_data.buf = udata.buf;

 /* Отправим запрос Т_CONN_REQ поставщику транспортных услуг

    по потоку fd */

 putmsg(fd, &connect, &m_data, 0);

 /* Подготовимся к приему подтверждения. Выделим максимальный

    размер для получения негативного подтверждения, поскольку

    примитив T_ERROR_ACK занимает больше места */

 ack.len = ack.maxlen = sizeof(struct T_error_ack);

 ack.buf = udata.buf;

 /* Подтверждение является приоритетным, поэтому установим флаг

    RS_HIPRI. До получения подтверждения не предпринимаем

    никаких действий */

 flags = RS_HIPRI;

 getmsg(fd, &ack, (struct strbuf*)0, &flags);

 free(connect.buf);

 okack = (struct T_ok_ack*)ack.buf;

 /* Проверим получено ли положительное или

    негативное подтверждение */

 if (okack->PRIM_type == T_OK_ACK) {

  /* Если подтверждение положительное, подготовимся к получению

     согласия удаленного пользователя на установление связи

     (примитив T_CONN_CON) */

  free(ack.buf);

  if (recvcall != NULL) {

   addr = recvcall->addr;

   opt = recvcall->opt;

   udata = recvcall->udata;

   confirm.len = sizeof(struct T_conn_con) + addr.len + opt.len;

   confirm.maxlen =

    sizeof(struct T_conn_con) + addr.maxlen + opt.maxlen;

   buf = (char*)malloc(confirm.maxlen);

   confirm.buf = buf;

   m_data.len = udata.len;

   m_data.maxlen = udata.maxlen;

   m_data.buf = udata.buf;

   /* Получим примитив T_CONN_CON */

   getmsg(fd, &confirm, &m_data, &flags);

   free(buf);

   conncon = (struct T_conn_con*)confirm.buf;

   if (conncon->PRIM_type == T_CONN_CON) {

    /* Если это действительно согласие, заполним

       структуру rcvcall для пользователя TLI */

    addr.len = conncon->OPT_length;

    opt.len = conncon->OPT_length;

    memcpy(addr.buf, conncon+conncon->RES_offset, addr.len);

    memcpy(opt.buf, conncon+conncon->OPT_offset, opt.len);

    free(confirm.buf);

    /* Все закончилось удачно — возвращаем 0 */

    return 0;

   }

  } else {

   /* В случае отказа мы готовы обработать примитив

      T_DISCON_IND */

   ...

   return -1;

  }

 } else {

  /* Если получен примитив T_ERROR_ACK — обработаем его */

  errack = (struct T_error_ack*)ack.buf;

  ...

  return -1;

 }

}

Подобным образом реализовано большинство функций TLI. Заметим, что в конкретном случае использования транспортного протокола TCP прием и передача данных осуществляются в виде потока, не содержащего каких-либо логических записей. В этом случае не требуется формирование примитивов типа T_DATA_REQ и T_DATA_IND. В то же время, для передачи и получения экстренных данных будут использованы примитивы T_EXDATA_REQ и T_EXDATA_IND. При использовании протокола UDP все данные будут передаваться с помощью примитивов T_UNITDATA_REQ и T_UNITDATA_IND.

Описанная реализация программного интерфейса TLI имеет один существенный недостаток — операции функций не являются атомарными. Другими словами, выполнение функции t_connect(3N) может быть прервано другими процессами, которые могут также связываться с удаленным узлом. Это возможно, поскольку выполнение значительной части операций происходит в режиме задачи. Если для функции t_connect(3N) нарушение атомарности допустимо, то ряд функций, таких, например, как связывание (t_bind(3N)), получение информации (t_open(3N), t_getinfo(3N)) и установка или получение опций протокола (t_optmgmt(3N)) должны быть защищены от возможного нарушения целостности данных по причине прерывания операции. Единственным способом гарантировать атомарность является перевод выполнения критических участков (например, между отправлением примитива и получением подтверждения от поставщика транспортных услуг) в режим ядра. Для этого подсистема STREAMS предлагает механизм обмена управляющими командами с помощью вызова ioctl(2).

Однако с помощью ioctl(2), как было показано в разделе "Подсистема STREAMS" главы 5, можно формировать лишь сообщения типа M_IOCTL. Для преобразования этих сообщений в примитивы TPI служит дополнительный модуль timod(7M), встраиваемый в поток между головным и транспортным модулями. На рис. 6.33 показано местоположение модуля timod(7M) и схематически отображены его функции.

Рис. 6.33. Архитектура доступа к транспортным услугам

Для всех сообщений STREAMS, за исключением сообщений M_IOCTL, которые генерируются головным модулем в ответ на системный вызов ioctl(fd, I_STR, ...), модуль timod(7M) является прозрачным, т.е. он просто передает эти сообщения следующему модулю вниз по потоку без какой-либо обработки. Несколько сообщений M_IOCTL обрабатываются модулем и преобразуются в соответствующие примитивы TPI.

При этом вызов ioctl(2) имеет следующий формат:

#include <sys/stropts.h>

struct strioctl my_strioctl

...

strioctl.ic_cmd = cmd;

strioctl.ic_timeout = INFTIM;

strioctl.ic_len = size;

strioctl.ic_dp = (char*)buf;

ioctl(fd, I_STR, &my_strioctl);

При вызове ioctl(2) поле size устанавливается равным размеру соответствующего примитива TPI, определенного полем cmd и расположенного в буфере buf. При возврате из функции поле size содержит размер примитива, возвращенного поставщиком транспортных услуг и расположенного в буфере buf.

Модуль timod(7M) служит для обработки следующих команд cmd:

Значение cmd Обработка модулем timod(7M) TI_BIND Команда преобразуется в примитив T_BIND_REQ. При успешном завершении функции ioctl(2) в буфере buf находится примитив T_BIND_ACK. TI_UNBIND Команда преобразуется в примитив T_UNBIND_REQ. При успешном завершении функции ioctl(2) в буфере buf находится примитив T_OK_ACK. TI_GETINFO Команда преобразуется в примитив T_INFO_REQ. При успешном завершении функции ioctl(2) в буфере buf находится примитив T_INFO_ACK. TI_OPTMGMT Команда преобразуется в примитив T_OPTMT_REQ. При успешном завершении функции ioctl(2) в буфере buf находится примитив T_OPTMGMT_ACK.

Интерфейс DLPI