UNIX: взаимодействие процессов - Уильям Стивенс

Если клиент и сервер должны быть построены для разных систем (как в предыдущем примере, где клиент выполнялся в Solaris, а сервер — в BSD/OS), могут потребоваться дополнительные действия. Например, некоторые файлы должны быть либо общими (через NFS), либо находиться в обеих системах, а файлы, используемые клиентом и сервером (например, square_xdr.o), должны компилироваться в каждой системе в отдельности. 

Рис. 16.1. Этапы создания приложения клиент-сервер с использованием RPC

На рис. 16.1 приведена схема создания приложения типа клиент-сервер. Три затемненных прямоугольника соответствуют файлам, которые мы должны написать. Штриховые линии показывают файлы, подключаемые через заголовочный файл square.h.

На рис. 16.2 изображена схема происходящего при удаленном вызове процедуры. Действия выполняются в следующем порядке:

1. Запускается сервер, который регистрируется в программе, управляющей портами на узле-сервере. Затем запускается клиент и вызывает clnt_create. Эта функция связывается с управляющей портами программой сервера и находит нужный порт. Функция clnt_create также устанавливает соединение с сервером по протоколу TCP (поскольку мы указали TCP в качестве используемого протокола в листинге 16.2). Мы не показываем эти шаги на рисунке и откладываем детальное обсуждение до раздела 16.3.

2. Клиент вызывает локальную процедуру, называемую заглушкой клиента. В листинге 16.2 эта процедура называлась squareproc_1, а файл, содержащий ее, создавался rpcgen автоматически и получал название square_clnt.c. С точки зрения клиента именно эта функция является сервером, к которому он обращается. Целью создания заглушки является упаковка аргументов для удаленного вызова процедуры, помещение их в стандартный формат и создание одного или нескольких сетевых сообщений. Упаковка аргументов клиента в сетевое сообщение называется сортировкой (marshaling). Клиент и заглушка обычно вызывают библиотеки функций RPC (clnt_create в нашем примере). При использовании редактора связей в Solaris эти функции загружаются из библиотеки –lnsl, тогда как в BSD/OS они входят в стандартную библиотеку языка С.

3. Сетевые сообщения отсылаются на удаленную систему заглушкой клиента. Обычно это требует локального системного вызова (например, write или sendto).

4. Сетевые сообщения передаются на удаленную систему. Для этого обычно используются сетевые протоколы TCP и UDP.

5. Заглушка сервера ожидает запросов от клиента на стороне сервера. Она рассортировывает аргументы из сетевых сообщений.

6. Заглушка сервера осуществляет локальный вызов процедуры для запуска настоящей функции сервера (процедуры squareproc_l_svc в листинге 16.3), передавая ей аргументы, полученные в сетевых сообщениях от клиента.

7. После завершения процедуры сервера управление возвращается заглушке сервера, которой передаются все необходимые значения.

8. Заглушка сервера преобразовывает возвращаемые значения к нужному формату и рассортировывает их в сетевые сообщения для отправки обратно клиенту.

9. Сообщения передаются по сети обратно клиенту. 

10. Заглушка клиента считывает сообщения из локального ядра (вызовом read или recvfrom).

11. После возможного преобразования возвращаемых значений заглушка клиента передает их функции клиента. Этот этап воспринимается клиентом как завершение работы процедуры.

Рис. 16.2. Действия, происходящие при удаленном вызове процедуры

История

Наверное, одна из самых старых книг по RPC — это [26]. Как пишет [4], Уайт (White) затем перешел в Xerox и там создал несколько систем RPC. Одна из них была выпущена в качестве отдельного продукта в 1981 году под именем Courier. Классической книгой по RPC является [2]. В ней описаны средства RPC проекта Cedar, работавшего на однопользовательских рабочих станциях Dorado в фирме Xerox в начале 80-х. Xerox реализовал RPC на рабочих станциях еще до того, как большинство людей узнало о том, что рабочие станции существуют! Реализация Courier для Unix распространялась много лет с версиями BSD 4.x, но в настоящий момент эта система RPC представляет только исторический интерес.

Sun выпустила первую версию пакета RPC в 1985. Она была разработана Бобом Лайоном (Bob Lyon), ушедшим в Sun из фирмы Xerox в 1983. Официально она называлась ONC/RPC: Open Network Computing Remote Procedure Call (удаленный вызов процедур в открытых вычислительных сетях), но обычно ее называют просто Sun RPC. Технически она аналогична Courier. Первые версии Sun RPC были написаны с использованием интерфейса сокетов и работали с протоколами TCP и UDP. Общедоступный исходный код вышел под названием RPCSRC. В начале 90-х он был переписан под интерфейс транспортного уровня TLI (предшественник XTI), который описан в четвертой части [24]. Теперь этот код работает со всеми протоколами, поддерживаемыми ядром. Общедоступный исходный код обеих версий можно найти по адресу ftp://playground.sun.com/pub/rpc, причем версия, использующая сокеты, называется rpcsrc, а версия, использующая TLI, называется tirpcsrc (название TI-RCP образовано от Transport Independent — транспортно-независимый удаленный вызов процедур).

Стандарт RFC 1831 [18] содержит обзор средств Sun RPC и описывает формат сообщений RPC, передаваемых по сети. Стандарт RFC 1832 [19] содержит описание XDR — и поддерживаемых типов данных, и формата их передачи «по проводам». Стандарт RFC 1833 [20] описывает протоколы привязки: RPCBIND и его предшественника, программу отображения портов (port mapper).

Одним из наиболее распространенных приложений, использующих Sun RPC, является сетевая файловая система Sun (NFS). Обычно она не создается стандартными средствами RPC, описанными в этой главе (rpcgen и библиотека времени выполнения). Вместо этого большинство подпрограмм библиотеки оптимизируются вручную и добавляются в ядро с целью ускорить их работу. Тем не менее большинство систем, поддерживающих NFS, также поддерживают и Sun RPC.

В середине 80-х Apollo соперничала с Sun за рынок рабочих станций и создала свой собственный пакет RPC, призванный вытеснить Sun RPC. Этот новый пакет назывался NCA (Network Computing Architecture — архитектура сетевых вычислений). Протоколом RPC являлся протокол NCA/RPC, а аналогом XDR была схема NDR (Network Data Representation — сетевое представление данных). Интерфейсы между клиентами и серверами определялись с помощью языка NIDL (Network Interface Definition Language — язык определений сетевого интерфейса) аналогично нашему файлу .х из листинга 16.1. Библиотека времени выполнения называлась NCK (Network Computing Kernel).

Фирма Apollo была куплена Hewlett-Packard в 1989, и NCA переросла в OSF's DCE (Distributed Computing Environment — среда распределенных вычислений), основной частью которой является RPC. Более подробно о DCE можно узнать по адресу http://www.camp.opengroup.org/tech/dce. Реализация пакета DCE RPC свободно доступна на ftp://gatekeeper.dec.com/pub/DEC/DCE. Этот каталог также содержит описание внутреннего устройства пакета DCE RPC на 171 странице. Существует много версий DCE для разных платформ.

ПРИМЕЧАНИЕ

Sun RPC распространен шире, чем DCE RPC, возможно, благодаря свободно доступной реализации и включению в основную поставку большинства систем Unix. DCE RPC обычно поставляется в качестве дополнения (за дополнительную сумму). Переписывание свободно доступного кода под другие платформы пока еще не пошло полным ходом, хотя уже готовится версия для Linux. В этой главе мы опишем только средства Sun RPC. Все три пакета RPC — Courier, Sun и DCE — похожи друг на друга, поскольку основные концепции RPC остались неизменны.

Большинство поставщиков Unix предоставляют отдельную подробную документацию средств RPC. Например, документация Sun доступна по адресу http://docs.sun.com, и в первом томе Developer Collection можно найти 280-страничное руководство разработчика «ONC+ Developer's Guide». Документация Digital Unix по адресу http:// www.unix.digital.com/faqs/publications/pub_page/V40D_DOCS.HTM включает 116-страничный документ под заголовком «Programming with ONC RPC».

Сам по себе RPC вызывает противоречивые мнения. Восемь статей на эту тему можно найти по адресу http://www.kohala.com/~rstevens/papers.others/rpc.comments.txt.

 В этой главе мы предполагаем наличие TI-RPC (независимая от протокола версия RPC) для большинства примеров и говорим только о протоколах TCP и UDP, хотя TI-RPC поддерживает все протоколы, какие только могут быть на данном узле. 

16.2. Многопоточность

Вспомните листинг 15.6, где мы продемонстрировали автоматическое управление потоками, осуществляемое библиотекой дверей. При этом сервер по умолчанию являлся параллельным. Покажем теперь, что средства Sun RPC по умолчанию делают сервер последовательным. Начнем с примера из предыдущего раздела и изменим только процедуру сервера. В листинге 16.4 приведен текст новой функции, выводящей идентификатор потока, делающей 5-секундную паузу, выводящей идентификатор еще раз и завершающей работу.

//sunrpc/square2/server.c

1  #include "unpipc.h"

2  #include "square.h"