Глава 17 Сокеты

Сокеты

Введение

17.1. Написание клиента TCP

Проблема

Решение

Комментарий

17.2. Написание сервера TCP

Проблема

Решение

Комментарий

Смотри также -------------------------------
Описание функций socket, bind, listen, accept, fcnti и setsockopt в peiifunc(1) страницы руководства socket(2), setsockopt(2) вашей системы (если они есть); документация по стандартным модулям Socket, IO::Socket и Net::hostent; раздел "Internet TCP Clients and Servers" perlipc(1), рецепты 7.13-7.14; 17.1; 17.3; 17.7.

17.3. Передача данных через TCP

Проблема

Решение

);
Второй вариант - функции send и recv:
defined (send(SERVER, $data_to_send, $flags)) or die "Can't send : $!\n";
recv(SERVER, $data_read, $maxlen, $flags) or die "Can't receive: $!\n";
Третий вариант - соответствующие методы объекта IO::Socket:
use 10::Socket;
$server->send($data_to_send, $flags) or die "Can't send: $!\n";
$server->recv($data_read, $flags) or die "Can't recv: $!\n";
Чтобы узнать, могут ли быть получены или приняты данные, воспользуйтесь функцией select, для которой в классе IO::Socket также предусмотрена удобная оболочка:
use 10::Select;
$select = 10::Select->new();
$select->add(*FROM_SERVER);
$select->add($to_client);
@read_from = $select->can_read($timeout);
foreach $socket (@read_from) {
# Прочитать ожидающие данные из
$socket }

Комментарий

Сокеты используются в двух принципиально различных типах ввода/вывода, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Стандартные функции ввода/вывода Perl, используемые для файлов (кроме seek и sysseek), работают и для потоковых сокетов, однако для датаграммных сокетов необходимы системные функции send и recv, работающие с целыми записями. При программировании сокетов очень важно помнить о буферизации. Хотя буферизация и была спроектирована для повышения быстродействия, она может повлиять на интерактивное поведение некоторых программ. Если при вводе данных с помощью о будет обнаружен разделитель записей, программа может попытаться прочитать из сокета больше данных, чем доступно в данный момент. И print и о используют буферы stdio, поэтому без включения автоматической очистки буфера (см. введение главы 7 "Доступ к файлам") для манипулятора сокета данные не отправятся на другой конец в момент их передачи функцией print. Вместо этого они будут ждать заполнения буфера.
Вероятно, для клиентов и серверов с построчным обменом данных это подходит - при условии, что вы не забыли включить автоматическую очистку буфера. Новые версии IO::Socket делают это автоматически для анонимных 4)айловых манипуляторов, возвращаемых 10: :Socket->new.
Но стандартный ввод/вывод - не единственный источник буферизации. Операции вывода (print, printf, syswrite - или send для сокета TCP) буферизуются на уровне операционной системы по так называемому алгоритму Нейгла. Если пакет данных отправлен, но еще не подтвержден, другие передаваемые данные ставятся в очередь и отправляются либо после набора следующего полного пакета, либо при получении подтверждения. В некоторых ситуациях (события мыши в оконных системах, нажатия клавиш в приложениях реального времени) такая буферизация оказывается неудобной или попросту неверной. Буферизация Нейгла отключается параметром сокета TCP_NODELAY:
use Socket;
require "sys/socket.ph"; # Для &TCP_NODELAY
setsockopt(SOCKET, SOL_SOCKET, &TCP_NODELAY, 1)
or die "Couldn't disable Nagle's algorithm: $!\n";
Ее повторное включение происходит так:
setsockopt(SOCKET, SOL_SOCKET, &TCP_NODELAY, 0)
or die "Couldn't enable Nagle's algorithm: $!\n";
Как правило, TCP_NODELAY все же лучше не указывать. Буферизация TCP существует не зря, поэтому не отключайте ее без крайней необходимости - например, если ваше приложение работает в режиме реального времени с крайне интенсивным обменом пакетов. TCP_NODELAY загружается из sys/socket.ph - этот файл не устанавливается автоматически вместе с Perl, но может быть легко построен. Подробности приведены в рецепте 12.14. Буферизация чрезвычайно важна, поэтому в вашем распоряжении имеется функция select. Она определяет, какие манипуляторы содержат непрочитанный ввод, в какие манипуляторы возможна запись и для каких имеются необработанные "исключительные состояния". Функция select получает три строки, интерпретируемые как двоичные данные; каждый бит соответствует файловому манипулятору. Типичный вызов select выглядит так:
$rin = ''; # Инициализировать маску
vec($rin, fileno(SOCKET), 1) = 1; # Пометить SOCKET в $rin
# Повторить вызовы vec() для каждого проверяемого сокета
$timeout =10: # Подождать 10 секунд
$nfound = select($rout = $rin, undef, undef, $timeout);
if (vec($rout, fileno(socket),1)){
# В SOCKET имеются данные для чтения
}
Функция select вызывается с четырьмя аргументами. Три из них представляют собой битовые маски: первая проверяет в манипуляторах наличие непрочитанных данных в манипуляторах; вторая - возможность безопасной записи без блокировки; третья - наличие в них исключительных состояний. Четвертый аргумент определяет максимальную длительность ожидания в секундах (может быть вещественным числом).
Функция модифицирует передаваемые ей маски, поэтому при выходе из нее биты будут установлены лишь для манипуляторов, готовых к вводу/выводу. Отсюда один стандартный прием - входная маска ($rin в предыдущем примере) присваивается выходной ($rout), чтобы вызов select изменил только $rout и оставил $пп в прежнем состоянии.
Нулевой тайм-аут определяет режим опроса (проверка без блокировки). Некоторые начинающие программисты не любят блокировки, и в их программах выполняется "занятое ожидание"
(busy-wait) - программа в цикле выполняет опрос, снова и снова. Когда программа блокируется, операционная система понимает, что процесс ждет ввода, и передает процессорное время другим программам до появления входных данных. Когда программа находится в "занятом ожидании", система не оставляет ее в покое, поскольку программа всегда что-то делает - проверяет ввод! Иногда опрос действительно является правильным решением, но гораздо чаще это не так. Тайм-аут, равный undef, означает отсутствие тайм-аута, поэтому ваша программа терпеливо блокируется до появления ввода.
Поскольку select использует битовые маски, которые утомительно создавать и трудно интерпретировать, в решении используется стандартный модуль IO::Select. Он обходит работу с битовыми масками и, как правило, более удобен. Полное объяснение исключительных состояний, проверяемых третьей маской select, выходит за рамки настоящей книги.
Другие флаги send и recv перечислены в страницах руководства этих системных функций.

> Смотри также -------------------------------
Описание функций send, recv, fileno, vec и setsockopt в perlfunc(1); разделы "I/O Operators" и "Bitwise String Operators" Bperlop(1); страница руководства setsockopt(2) вашей системы (если есть); документация по стандартным модулям Socket и IO::Socket; раздел "Internet TCP Clients and Servers" perlipc(1); рецепты 17.1-17.2.

17.4. Создание клиента UDP

Проблема

Вы хотите обмениваться сообщениями с другим процессом, используя UDP (датаграммы).

Решение

Чтобы создать манипулятор для сокета UDP, воспользуйтесь либо низкоуровневым модулем Socket для уже существующего манипулятора:
use Socket;
socket(SockHandle, PF_INET, SOCK_DGRAM,
getprotobyname("udp")) or die "socket: $!";
либо модулем IO::Socket, возвращающим анонимный манипулятор:
use 10::Socket;
$handle = 10::Socket::INET->new(Proto => 'udp')
or die "socket: $@"; # Да, здесь используется $@
Отправка сообщения на компьютер с именем $HOSTNAME и адресом порта $PORTNO выполняется так:
$ipaddr = inet_aton($HOSTNAME);
$portaddr = sockaddr_in($PORTNO, $ipaddr);
send(SockHandle, $MSG, 0, $portaddr) == length($MSG)
or die "cannot send to $HOSTNAME($PORTNO): $!";
Получение сообщения, длина которого не превышает $MAXLEN:
$portadd-r = recv(SockHandle, $MSG, $MAXLEN, 0) or die "recv: $!";
($portno, $ipaddr) = sockaddr_in($portaddr);
$host = gethostbyaddr($ipaddr, AF_INET);
print "$host($portno) said $MSG\n";

Комментарий

Датаграммные сокеты не похожи на потоковые. Поток создает иллюзию посте янного соединения. Он напоминает телефонный звонок - установка связи обходится дорого, но в дальнейшем связь надежна и проста в использовании. Датаграммы больше похожи на почту - если ваш знакомый находится на другом конце света, дешевле и проще отправить ему письмо, чем дозвониться по телефону. Датаграммы потребляют меньше системных ресурсов, чем потоки. Вы пересылаете небольшой объем информации, по одному сообщению за раз. Однако доставка сообщений не гарантируется, и они могут быть приняты в неверном порядке Если очередь получателя переполнится, как маленький почтовый ящик, то дальнейшие сообщения теряются.
Если датаграммы настолько ненадежны, зачем же ими пользоваться? Просто некоторые приложения наиболее логично реализуются с применением датаграмм. Например, при пересылке аудиоданных важнее сохранить поток в целом, чем гарантировать прохождение каждого пакета, особенно если потеря пакетов вызва17.4. Создание клиента UDP 615 на недостаточной пропускной способностью. Датаграммы также часто применяются в широковещательной рассылке (аналог массовой рассылки рекламных объявлений по почте). В частности, широковещательные пакеты используются для отправки в локальную подсеть сообщений типа: "Есть здесь кто-нибудь, кто хочет быть моим сервером?"
Поскольку датаграммы не создают иллюзии постоянного соединения, в работе с ними вы располагаете несколько большей свободной. Вам не придется вызывать connect для подключения сокета к удаленной точке, с которой вы обмениваетесь данными. Вместо этого каждая датаграмма адресуется отдельно при вызове send. Предполагая, что $remote_addr является результатом вызова socknddrin, поступите следующим образом:
send(MYSOCKET, $msg_buffer, $flags, $remote_addr) or die "Can't send: $!\n";
Единственный часто используемый флаг, MSG_OOB, позволяет отправлять и принимать внеполосные (out-of-band) данные в нетривиальных приложениях. Удаленный адрес ($remote_addr) должен представлять собой комбинацию порта и адреса Интернета, возвращаемую функцией sockaddr_in модуля Socket. Если хотите, вызовите connect для этого адреса - в этом случае последний аргумент при вызове send можно опускать, а все сообщения будут отправлены этому получателю. В отличие от потоковых коммуникаций, один датаграммный сокет позволяет подключиться к другому компьютеру.
В примере 17.1 приведена небольшая программа, использующая протокол UDP. Она устанавливает связь с портом времени UDP на компьютере, имя которого задается в командной строке, или по умолчанию на локальном компьютере. Программа работает не на всех компьютерах, но при наличии сервера UDP вы получите 4-байтовое целое число, байты которого упакованы в сетевом порядке; число равно количеству секунд с 1900 года по данным этого компьютера. Чтобы передать это время функции преобразования localtime или gmtime, необходимо вычесть из него количество секунд от 1900 до 1970 года.
Пример 17.1. clockdrift
#!/usr/bin/perl
# clockdri
# - сравнение текущего времени с другой системой
use strict;
use Socket:
my ($host, $him, $src, Sport, $ipaddr, $ptime, $delta);
my $SECS_of_70_YEARS = 2_208_988_800;
socket(MsgBox, PF_INET, SOCK_DGRAM, getprotobyname("udp"))
or die "socket: $!";
$him = sockaddr_in(scalar(getservbyname("time", "udp")),
inet_aton(shift || '127.1'));
derined(send(MsgBox, 0, 0, $him))
or die "send: $!";
defined($src = recv(MsgBox, $ptime, 4, 0)) or die "recv: $!";
(Sport-, $ipaddr) = sockaddr_in($src);
$host = gethostbyaddr($ipaddr, AF_INET);
my $delta = (unpack("N", $ptime) - $SECS_of_70_YEARS) - time();
print "Clock on $host is $delta seconds ahead of this one.\n";
Если компьютер, с которым вы пытаетесь связаться, не работает или ответ потерям, программа застрянет при вызове recv в ожидании ответа, который никогда не придет.

Смотри также --------------------------------
Описание функций send, recv, gethostbyaddr и unpack в perlfunc(1); документация по стандартным модулям Socket и IO::Socket; раздел "UDP: message passing" perlipc(1); рецепт

17.5. Создание сервера UDP

Проблема

Вы хотите написать сервер UDP.

Решение

Сначала вызовите функцию bind для номера порта, но которому будет осуществляться связь с вашим сервером. С модулем IO::Socket это делается просто:
use 10::Socket;
$server = 10::Socket::INET->new(LocalPort => $server_port,
Proto => "udp")
or die "Couldn't be a udp server on port $server_port : $@\n";
Затем в цикле принимайте сообщения:
while ($him = $server->recv($datagram, $MAX_TO_READ, $flags)) {
# Обработать сообщение
}

Комментарий

Программирование для UDP намного проще, чем для TCP. Вместо того чтобы последовательно принимать клиентские подключения и вступать в долгосрочную связь с клиентом, достаточно просто принимать сообщения от клиентов по мере их поступления. Функция recv возвращает адрес отправителя, подлежащий декодированию.
В примере 17.2 показан небольшой сервер UDP, который просто ожидает сообщений. Каждый раз, когда приходит очередное сообщение, мы выясняем, кто его послал, и отправляем ответ-сообщение с принятым текстом, после чего сохраняем новое сообщение.
#!/usr/bin/perl -w
# udpqotd - сервер сообщений UDP use strict;
use 10::Socket;
my($sock, $oldmsg, $newmsg, $hisaddr, $hishost, $MAXLEN, $PORTNO):
$MAXLEN = 1024;
$PORTNO = 5151;
$sock = 10::Socket::INET->new(LocalPort => $PORTNO, Proto => 'udp')
or die "socket: $@";
print "Awaiting UDP messages on port $PORTNO\n";
$oldinsg = "This is the starting message.";
while ($sock->recv($newmsg, $MAXLEN)) {
my($port, $ipaddr) = sockaddr_in($sock->peername):
$hishost = gethostbyaddr($ipaddr, AF_INET);
print "Client $hishost said ''$newmsg'"\n";.
$sock->send($oldmsg);
$oldmsg = "[$hishost] $newmsg":
} die "recv: $!";
С использованием модуля IO::Socket программа получается проще, чем с низкоуровневым модулем Socket. Нам не приходится указывать, куда отправить сообщение, поскольку библиотека сама определяет отправителя последнего сообщения и сохраняет его в объекте $sock. Метод peername извлекает данные для декодирования. Программа telnet не подходит для общения с этим сервером; для этого необходим специальный клиент. Один из вариантов приведен в примере 17.3. Пример 17.3. udpmsg
#!/usr/bin/perl -w
# udpmsg - отправка сообщения серверу udpquotd
use 10::Socket;
use strict;
my($sock, $server_host, Smsg, Sport, $ipaddr, $hishost, $MAXLEN, $PORTNO, $TIMEOUT);
$MAXLEN = 1024;
$PORTNO = 5151;
$TIMEOUT = 5;
$server_host = shift;
Smsg = "@ARGV";
$sock = 10::Socket::INET->new(Proto => 'udp',
PeerPort => $PORTNO,
PeerAddr => $server_host)
Пример 17.3 (продолжение)
or die "Creating socket: $!\n";
$sock->send($msg) or die "send: $!";
eval {
local $SIG{ALRM} = sub { die "alarm time out" };
alarm $TIMEOUT;
$sock->recv($msg, $MAXLEN) or die "recv: $!";
alarm 0;
1; # Нормальное возвращаемое значение
eval } or die "recv from $server_host timed out after $TIMEOUT seconds.\n";
(Sport, $ipaddr) = sockaddr_in($sock->peername);
$hishost = gethostbyaddr($ipaddr, AF_INET);
print "Server $hishost responded ''$msg''\n"; При создании сокета мы с самого начала указываем хост и номер порта, что по зволяет опустить эти данные при вызовах send.
Тайм-аут (alarm) был добавлен на случай, если сервер не отвечает или вообще не работает. Поскольку recv является блокирующей системной функцией, выход из которой может и не произойти, мы включаем ее в стандартный блок eval для прерывания блокировки по тайм-ауту.

> Смотри также -------------------------------
Описание функций send, recv и alarm в perlfunc(l); документация по стандартным модулям Socket и IO::Socket; раздел "UDP: message passing" perlipc(1); рецепты 16.21; 17.4.

---

© copyright 2000 Soft group