Сравнение клиентов именованных каналов и сокетов

В случае именованных каналов необходимо последовательно вызывать функции WaitNamedPipe и CreateFile. Если же используются сокеты, этот порядок вызовов обращается, поскольку можно считать, что функция socket создает сокет, а функция connect — блокирует.

Дополнительное отличие состоит в том, что функция connect является функцией клиента сокета, в то время как функция ConnectNamedPipe используется сервером именованного канала.

Пример: функция приема сообщений в случае сокета

Часто оказывается удобным отправлять и получать сообщения в виде единых блоков. Как было показано в главе 11, каналы позволяют это сделать. Однако в случае сокетов требуется создание заголовка, содержащего размер сообщения, за которым следует само сообщение. Для приема таких сообщений предназначена функция ReceiveMessage, которая будет использоваться в примерах. То же самое можно сказать и о функции SendMessage, предназначенной для передачи сообщений.

Обратите внимание, что сообщение принимается в виде двух частей: заголовка и содержимого. Ниже мы предполагаем, что пользовательскому типу MESSAGE соответствует 4-байтовый заголовок. Но даже для 4-байтового заголовка требуются повторные вызовы функции recv, чтобы гарантировать его полное считывание, поскольку функция recv не является атомарной.

Примечание, относящееся к Win64

В качестве типа переменных, используемых для хранения размера сообщения, выбран тип данных фиксированной точности LONG32, которого будет вполне достаточно для размещения значений параметра размера, включаемого в сообщения при взаимодействии с системами, отличными от Windows, и который годится для возможной последующей перекомпиляции программы для ее использования на платформе Win64 (см. главу 16).

DWORD ReceiveMessage (MESSAGE *pMsg, SOCKET sd) {

/* Сообщение состоит из 4-байтового поля размера сообщения, за которым следует собственно содержимое. */

DWORD Disconnect = 0;

LONG32 nRemainRecv, nXfer;

LPBYTE pBuffer;

/* Считать сообщение. */

/* Сначала считывается заголовок, а затем содержимое. */

nRemainRecv = 4; /* Размер поля заголовка. */

pBuffer = (LPBYTE)pMsg; /* recv может не передать все запрошенные байты. */

while (nRemainRecv > 0 && !Disconnect) {

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

Disconnect = (nXfer == 0);

nRemainRecv –=nXfer;

pBuffer += nXfer;

}

/* Считать содержимое сообщения. */

nRemainRecv = pMsg->RqLen;

while (nRemainRecv > 0 && !Disconnect) {

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

Disconnect = (nXfer == 0);

nRemainRecv –=nXfer;

pBuffer += nXfer;

}

return Disconnect;

}

Пример: клиент на основе сокета

Программа 12.1 представляет собой переработанный вариант клиентской программы clientNP (программа 11.2), которая использовалась в случае именованных каналов. Преобразование программы осуществляется самым непосредственным образом и требует лишь некоторых пояснений.

• Вместо обнаружения сервера с помощью почтовых ящиков пользователь вводит IP-адрес сервера в командной строке. Если IP-адрес не указан, используется заданный по умолчанию адрес 127.0.0.1, соответствующий локальной системе.

• Для отправки и приема сообщений применяются функции, например, ReceiveMessage, которые здесь не представлены.

• Номер порта, SERVER_PORT, определен в заголовочном файле ClntSrvr.h.

Хотя код написан для выполнения под управлением Windows, единственная зависимость от Windows связана с использованием вызовов функций, имеющих префикс WSA.

Программа 12.1. clientSK: клиент на основе сокетов

/* Глава 12. clientSK.с */

/* Однопоточный клиент командной строки. */

/* ВЕРСИЯ НА ОСНОВЕ WINDOWS SOCKETS. */

/* Считывает последовательность команд для пересылки серверному процессу*/

/* через соединение с сокетом. Дожидается ответа и отображает его. */

#define _NOEXCLUSIONS /* Требуется для включения определений сокета. */

#include "EvryThng.h"

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

/* Функции сообщения для обслуживания запросов и ответов. */

/* Кроме того, ReceiveResponseMessage отображает полученные сообщения. */

static DWORD SendRequestMessage(REQUEST *, SOCKET);

static DWORD ReceiveResponseMessage(RESPONSE *, SOCKET);

struct sockaddr_in ClientSAddr; /* Адрес сокета клиента. */

int _tmain(DWORD argc, LPTSTR argv[]) {

SOCKET ClientSock = INVALID_SOCKET;

REQUEST Request; /* См. ClntSrvr.h. */

RESPONSE Response; /* См. ClntSrvr.h. */

WSADATA WSStartData; /* Структура данных библиотеки сокета. */

BOOL Quit = FALSE;

DWORD ConVal, j;

TCHAR PromptMsg[] = _T("\nВведите команду> ");

TCHAR Req[MAX_RQRS_LEN];

TCHAR QuitMsg[] = _T("$Quit");

/* Запрос: завершить работу клиента. */

TCHAR ShutMsg[] = _T("$ShutDownServer"); /* Остановить все потоки. */

CHAR DefaultIPAddr[] = "127.0.0.1"; /* Локальная система. */

/* Инициализировать библиотеку WSA; задана версия 2.0, но будет работать и версия 1.1. */

WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &WSStartData);

/* Подключиться к серверу. */

/* Следовать стандартной процедуре вызова последовательности функций socket/connect клиентом. */

ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

memset(&ClientSAddr, 0, sizeof(ClientSAddr));

ClientSAddr.sin_family = AF_INET;

if (argc >= 2) ClientSAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv [1]);

else ClientSAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DefaultIPAddr);

ClientSAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

/* Номер порта определен равным 1070. */

connect(ClientSock, (struct sockaddr *)&ClientSAddr, sizeof(ClientSAddr));

/* Основной цикл для вывода приглашения на ввод команд, посылки запроса и получения ответа. */

while (!Quit) {

_tprintf(_T("%s"), PromptMsg);

/* Ввод в формате обобщенных строк, но команда серверу должна указываться в формате ASCII. */

_fgetts(Req, MAX_RQRS_LEN-1, stdin);

for (j = 0; j <= _tcslen(Req) Request.Record[j] = Req[j];

/* Избавиться от символа новой строки в конце строки. */

Request.Record[strlen(Request.Record) – 1] = '\0';

if (strcmp(Request.Record, QuitMsg) == 0 || strcmp(Request.Record, ShutMsg) == 0) Quit = TRUE;

SendRequestMessage(&Request, ClientSock);

ReceiveResponseMessage(&Response, ClientSock);

}

shutdown(ClientSock, 2); /* Запретить посылку и прием сообщений. */

closesocket(ClientSock);

WSACleanup();

_tprintf(_T("\n****Выход из клиентской программы\n"));

return 0;

}

Пример: усовершенствованный сервер на основе сокетов

Программа serverSK (программа 12.2) аналогична программе serverNP (программа 11.3), являясь ее видоизмененным и усовершенствованным вариантом.

• В усовершенствованном варианте программы серверные потоки создаются по требованию (on demand), а не в виде пула потоков фиксированного размера. Каждый раз, когда сервер принимает запрос клиента на соединение, создается серверный рабочий поток, и когда клиент прекращает работу, выполнение потока завершается.

• Сервер создает отдельный поток приема (accept thread), что позволяет основному потоку опрашивать глобальный флаг завершения работы, пока вызов accept остается блокированным. Хотя сокеты и могут определяться как неблокирующиеся, потоки обеспечивают удобное универсальное решение. Следует отметить, что значительная часть расширенных функциональных возможностей Winsock призвана поддерживать асинхронные операции, тогда как потоки Windows дают возможность воспользоваться более простой и близкой к стандартам функциональностью синхронного режима работы сокетов.

• За счет некоторого усложнения программы усовершенствовано управление потоками, что позволило обеспечить поддержку состояний каждого потока.

• Данный сервер поддерживает также внутрипроцессные серверы (in-process servers), что достигается путем загрузки библиотеки DLL во время инициализации. Имя библиотеки DLL задается в командной строке, и серверный поток сначала пытается определить точку входа этой DLL. В случае успеха серверный поток вызывает точку входа DLL; в противном случае сервер создает процесс аналогично тому, как это делалось в программе serverNP. Пример DLL приведен в программе 12.3. Поскольку генерация исключений библиотекой DLL будет приводить к уничтожению всего серверного процесса, вызов функции DLL защищен простым обработчиком исключений.

При желании можно включить внутрипроцессные серверы и в программу serverNP. Самым большим преимуществом внутрипроцессных серверов является то, что они не требуют никакого контекстного переключения на другие процессы, в результате чего производительность может заметно улучшиться.

Поскольку в коде сервера использованы специфические для Windows возможности, в частности, возможности управления потоками и некоторые другие, он, в отличие от кода клиента, оказывается привязанным к Windows.

Программа 12.2. serverSK: сервер на основе сокета с внутрипроцессными серверами

/* Глава 12. Клиент-серверная система. ПРОГРАММА СЕРВЕРА. ВЕРСИЯ НА ОСНОВЕ СОКЕТА. */

/* Выполняет указанную в запросе команду и возвращает ответ. */

/* Если удается обнаружить точку входа разделяемой библиотеки, команды */

/* выполняются внутри процесса, в противном случае – вне процесса. */

/* ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ: argv [1] может содержать имя библиотеки */

/* DLL, поддерживающей внутрипроцессные серверы. */

#define _NOEXCLUSIONS

#include "EvryThng.h"

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

struct sockaddr_in SrvSAddr;

/* Адресная структура сокета сервера. */

struct sockaddr_in ConnectSAddr; /* Подключенный сокет. */

WSADATA WSStartData; /* Структура данных библиотеки сокета. */

typedef struct SERVER_ARG_TAG { /* Аргументы серверного потока. */

volatile DWORD number;

volatile SOCKET sock;

volatile DWORD status;

/* Пояснения содержатся в комментариях к основному потоку. */

volatile HANDLE srv_thd;

HINSTANCE dlhandle; /* Дескриптор разделяемой библиотеки. */

} SERVER_ARG;

volatile static ShutFlag = FALSE;

static SOCKET SrvSock, ConnectSock;

int _tmain(DWORD argc, LPCTSTR argv[]) {

/* Прослушивающий и подключенный сокеты сервера. */

BOOL Done = FALSE;

DWORD ith, tstatus, ThId;

SERVER_ARG srv_arg[MAX_CLIENTS];

HANDLE hAcceptTh = NULL;

HINSTANCE hDll = NULL;

/* Инициализировать библиотеку WSA; задана версия 2.0, но будет работать и версия 1.1. */

WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &WSStartData);

/* Открыть динамическую библиотеку команд, если ее имя указано в командной строке. */

if (argc > 1) hDll = LoadLibrary(argv[1]);

/* Инициализировать массив arg потока. */

for (ith = 0; ith < MAXCLIENTS; ith++) {

srv_arg[ith].number = ith;

srv_arg[ith].status = 0;

srv_arg[ith].sock = 0;

srv_arg[ith].dlhandle = hDll;

srv_arg[ith].srv_thd = NULL;

}

/* Следовать стандартной процедуре вызова последовательности функций socket/bind/listen/accept клиентом. */

SrvSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

SrvSAddr.sin_family = AF_INET;

SrvSAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

SrvSAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

bind(SrvSock, (struct sockaddr *)&SrvSAddr, sizeof SrvSAddr);

listen(SrvSock, MAX_CLIENTS);

/* Основной поток становится потоком прослушивания/соединения/контроля.*/

/* Найти пустую ячейку в массиве arg потока сервера. */

/* параметр состояния: 0 – ячейка свободна; 1 – поток остановлен; 2 — поток выполняется; 3 – остановлена вся система. */

while (!ShutFlag) {

for (ith = 0; ith < MAX_CLIENTS && !ShutFlag; ) {

if (srv_arg[ith].status==1 || srv_arg[ith].status==3) { /* Выполнение потока завершено либо обычным способом, либо по запросу останова. */

WaitForSingleObject(srv_arg[ith].srv_thd INFINITE);

CloseHandle(srv_arg[ith].srv_tnd);

if (srv_arg[ith].status == 3) ShutFlag = TRUE;

else srv_arg[ith].status = 0;

/* Освободить ячейку данного потока. */

}

if (srv_arg[ith].status == 0 || ShutFlag) break;

ith = (ith + 1) % MAXCLIENTS;

if (ith == 0) Sleep(1000);

/* Прервать цикл опроса. */

/* Альтернативный вариант: использовать событие для генерации сигнала, указывающего на освобождение ячейки. */

}

/* Ожидать попытки соединения через данный сокет. */

/* Отдельный поток для опроса флага завершения ShutFlag. */

hAcceptTh = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, AcceptTh, &srv_arg[ith], 0, &ThId);

while (!ShutFlag) {

tstatus = WaitForSingleObject(hAcceptTh, CS_TIMEOUT);

if (tstatus == WAIT_OBJECT_0) break; /* Соединение установлено. */

}

CloseHandle(hAcceptTh);

hAcceptTh = NULL; /* Подготовиться к следующему соединению. */

}

_tprintf(_T("Остановка сервера. Ожидание завершения всех потоков сервера\n"));

/* Завершить принимающий поток, если он все еще выполняется. */

/* Более подробная информация об используемой логике завершения */

/* работы приведена на Web-сайте книги. */

if (hDll != NULL) FreeLibrary(hDll);

if (hAcceptTh != NULL) TerminateThread(hAcceptTh, 0);

/* Ожидать завершения всех активных потоков сервера. */

for (ith = 0; ith < MAXCLIENTS; ith++) if (srv_arg [ith].status != 0) {

WaitForSingleObject(srv_arg[ith].srv_thd, INFINITE);

CloseHandle(srv_arg[ith].srv_thd);

}

shutdown(SrvSock, 2);

closesocket(SrvSock);

WSACleanup();

return 0;

}

static DWORD WINAPI AcceptTh(SERVER_ARG * pThArg) {

/* Принимающий поток, который предоставляет основному потоку возможность опроса флага завершения. Кроме того, этот поток создает серверный поток. */

LONG AddrLen, ThId;

AddrLen = sizeof(ConnectSAddr);

pThArg->sock = accept(SrvSock, /* Это блокирующий вызов. */

(struct sockaddr *)&ConnectSAddr, &AddrLen);

/* Новое соединение. Создать серверный поток. */

pThArg->status = 2;

pThArg->srv_thd = (HANDLE)_beginthreadex (NULL, 0, Server, pThArg, 0, &ThId);

return 0; /* Серверный поток продолжает выполняться. */

}

static DWORD WINAPI Server(SERVER_ARG * pThArg)

/* Функция серверного потока. Поток создается по требованию. */

{

/* Каждый поток поддерживает в стеке собственные структуры данных запроса, ответа и регистрационных записей. */

/* … Стандартные объявления из serverNP опущены … */

SOCKET ConnectSock;

int Disconnect = 0, i;

int (*dl_addr)(char *, char *);

char *ws = " \0\t\n"; /* Пробелы. */

GetStartupInfo(&StartInfoCh);

ConnectSock = pThArg->sock;

/* Создать имя временного файла. */

sprintf(TempFile, "%s%d%s", "ServerTemp", pThArg->number, ".tmp");

while (!Done && !ShutFlag) { /* Основной командный цикл. */

Disconnect = ReceiveRequestMessage(&Request, ConnectSock);

Done = Disconnect || (strcmp(Request.Record, "$Quit") == 0) || (strcmp(Request.Record, "$ShutDownServer") == 0);

if (Done) continue;

/* Остановить этот поток по получении команды "$Quit" или "$ShutDownServer". */

hTrapFile = CreateFile(TempFile, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, &TempSA, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);

/* Проверка наличия этой команды в DLL. Для упрощения команды */

/* разделяемой библиотеки имеют более высокий приоритет по сравнению */

/* с командами процесса. Прежде всего, необходимо извлечь имя команды.*/

i = strcspn(Request.Record, ws); /* Размер лексемы. */

memcpy(sys_command, Request.Record, i) ;

sys_command[i] = '\0';

dl_addr = NULL; /* Будет установлен в случае успешного выполнения функции GetProcAddress. */

if (pThArg->dlhandle != NULL) {/* Проверка поддержки "внутрипроцессного" сервера. */

dl_addr = (int (*)(char *, char *))GetProcAddress(pThArg->dlhandle, sys_command);

if (dl_addr != NULL) __try {

/* Защитить серверный процесс от исключений, возникающих в DLL*/

(*dl_addr)(Request.Record, TempFile);