Основы программирования в Linux

Мэтью Нейл

ps x

PID TTY STAT TIME COMMAND

26566 pts/1 S 0:00 ./server4

26590 pts/1 R+ 0:00 ps x

[2] Done ./client3

[3]- Done ./client3

[4]+ Done ./client3

$

Как это работает

Теперь серверная программа создает новый дочерний процесс для обработки каждого клиента, поэтому вы можете видеть несколько сообщений об ожидании сервера, поскольку основная программа продолжает ждать новые запросы на подключения. В выводе команды

ps

(отредактированном)

показан главный процесс server4 с PID, равным 26 566, который ожидает новых клиентов, в то время, как три клиентских процесса client3 обслуживаются тремя потомками сервера. После пятисекундной паузы все клиенты получают свои результаты и завершаются. Дочерние серверные процессы тоже завершаются, оставляя только один главный серверный процесс.

Серверная программа применяет вызов

fork

для обработки множественных клиентов. В приложении для работы с базой данных это может быть не самым удачным решением, т.к. серверная программа может быть довольно большой, и, кроме того, существует проблема координации обращений к базе данных множественных копий сервера. На самом деле, все, что вам нужно, — это способ обработки множественных клиентов единственным сервером без блокировки и ожидания доставки клиентских запросов. Решение этой задачи включает одновременную обработку множественных открытых файловых дескрипторов и не ограничено только приложениями с применением сокетов. Рассмотрим функцию

select

.

select

Очень часто при разработке приложений Linux вам может понадобиться проверка состояния ряда вводов для того, чтобы определить следующее предпринимаемое действие. Например, программа обмена данными, такая как эмулятор терминала, нуждается в эффективном способе одновременного чтения с клавиатуры и с последовательного порта. В однопользовательской системе подойдет цикл "активного ожидания", многократно просматривающий ввод в поиске данных и читающий их, как только они появятся. Такое поведение очень расточительно в отношении времени ЦП.

Системный вызов

select

позволяет программе ждать прибытия данных (или завершения вывода) одновременно на нескольких низкоуровневых файловых дескрипторах. Это означает, что программа эмулятора терминала может блокироваться до тех пор, пока у нее не появится работа. Аналогичным образом сервер может иметь дело с многочисленными клиентами, ожидая запросы одновременно на многих открытых сокетах.

Функция

select

оперирует структурами данных

fd_set

, представляющими собой множества открытых файловых дескрипторов. Для обработки этих множеств определен набор макросов:

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

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

Как и предполагается в соответствии с их именами, макрос

FD_ZERO

инициализирует структуру

fd_set

пустым множеством,

FD_SET

и

FD_CLR

задают и очищают элементы множества, соответствующего файловому дескриптору, переданному как параметр

fd

, а макрос

FD_ISSET

возвращает ненулевое значение, если файловый дескриптор, на который ссылается

fd

, является элементом структуры

fd_set

, на которую указывает параметр

fdset

. Максимальное количество файловых дескрипторов в структуре типа

fd_set

задается константой

FD_SETDIZE

.

Функция

select

может также использовать значение для времени ожидания, чтобы помешать бесконечной блокировке. Это значение задается с помощью

структуры

struct timeval

. Она определена в файле sys/time.h и содержит следующие элементы:

struct timeval {

 time_t tv_sec; /* Секунды */

 long tv_usec; /* Микросекунды */

}

Тип

time_t

, определенный в файле sys/types.h, — целочисленный. Системный вызов

select

объявляется следующим образом:

#include <sys/types.h>

#include <sys/time.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

 fd_set *errorfds, struct timeval *timeout);

Вызов

select

позволяет проверить, не готов ли хотя бы один из множества файловых дескрипторов к чтению или записи, или находится ли в ожидании из-за состояния ошибки и может быть заблокирован до момента готовности одного из дескрипторов.

Аргумент

nfds

задает количество проверяемых файловых дескрипторов, имеются в виду дескрипторы от 0 до

nfds-1

. Каждое из трех множеств дескрипторов может оказаться пустым указателем, тогда связанный с ним тест не выполняется.

Функция

select

вернет управление, если какой-либо из дескрипторов в множестве

readfds

готов к чтению, какой-нибудь дескриптор из множества

writefds

готов к записи или у одного из дескрипторов множества

errorfd

есть состояние ошибки. Если ни одно из условий не соблюдается,

select

вернет управление после промежутка времени, заданного

timeout

. Если параметр

timeout

— пустой указатель и нет активности на сокетах, вызов может быть заблокирован на неопределенное время.

Когда

select

возвращает управление программе, множества дескрипторов будут модифицированы для того, чтобы указать на готовые к чтению или записи или имеющие ошибки дескрипторы. Для их проверки следует использовать макрос

FD_ISSET

, позволяющий определить, какие дескрипторы требуют внимания. Можно изменить значение timeout для того, чтобы показать время, остающееся до следующего превышения времени ожидания, но такое поведение не задано стандартом X/Open. При превышении времени ожидания все множества дескрипторов будут очищены.

Вызов select возвращает общее количество дескрипторов в модифицированных множествах. В случае сбоя он вернет -1 и установит значение переменной

errno

, описывающее ошибку. Возможные ошибки —

EBADF

для неверных дескрипторов,

EINTR

для возврата из-за прерывания и

EINVAL

для некорректных значений параметров

nfds

или

timeout

.

Примечание

Несмотря на то, что Linux модифицирует структуру, на которую указывает

timeout

, фиксируя оставшееся неиспользованное время, большинство версий UNIX этого не делают. Большая часть существующего программного кода, применяющего функцию

select

, инициализирует структуру типа

timeval

и затем продолжает использовать ее без обновления содержимого. В системе Linux этот код может выполняться некорректно, поскольку ОС Linux изменяет структуру

timeval

при каждом истечении отведенного времени ожидания. Если вы пишете или переносите программный код, использующий функцию

select

, следует учитывать эту разницу и всегда повторно инициализировать время ожидания. Имейте в виду, что оба подхода корректны, они просто разные!