Transcript 第19章 ネットワークプログラム

第１９章 ネットワークプログラム
サーバプログラム
逐次処理と並行処理


複数のrequestを平行して処理するか，逐
次に処理するか．
逐次処理サーバ
– 作りやすく、理解しやすい．
– 性能が上がりにくい．（サービス待ち）

並行処理サーバ
– 設計がむつかしい．
– より優れた性能
Connection / connectionless

どちらがよいか？
– Application protocol に依存する．
Connection-oriented server


プログラミングが容易 ― 面倒な処理はす
べてTCPに任せる．
欠点もある．
– connectionごとにsocketが必要になる．
– 3-way handshake は高価である．
– 相手がcrashしてもわからずconnectionを継
続･･･OSの資源の枯渇
Connectionless server

Unreliable である．
– 再送とtimeout 適応的なtimeout時間管理！
– reliabilityの確保はapplication protocolによる．
– 容易なことではない．（専門知識が必要）
– multicast 通信の場合はUDPのみ
Stateful or stateless

状態を保持すると，効率をよくすることが望
める．
–例
ファイルサーバ
• バッファへの先読み、


しかしclient のリブートなどがあると，資源
の枯渇やthrashing現象につながる．
状態の導入による最適化には用心
サーバの４つの基本タイプ
逐次処理
コネクションなし
逐次処理
コネクションあり
並行処理
コネクションなし
並行処理
コネクションあり
逐次サーバ



設計、プログラム、デバグが容易である．
予期される負荷に対して、逐次処理で十分
に応答が速ければよい．
UDPサービスの使われることが多い．
– TCPで使うことも可能である．
TCP逐次処理サーバ
１．ソケット生成、well-known port に bind
２．Passive mode
３．Request の accept，新しいソケットで
connect
４．Clientから繰り返しrequestをreadし
protocolにしたがってreplyをwrite
５．終わったらconnectionをcloseし，３．へ行
く．
Well-known address へのbind


たとえば、getportservbynameでport # を
得る．
Local IP address は？
INADDR_ANY を用いる．このホストのもつすべ
てのIPアドレスに合致する (wild card)．

bindシステムコールによってsocketを
local port に結合する．
Socket を passive modeにする

listen システムコールによる
– queue の長さも指定できる．（接続要求の待
ち行列）
接続要求の受け付けとサービス

accept システムコールによる.
– 待ち行列から一つ接続要求を取り出し、
– 3-way handshake
– slave socket を返す．
– 要求が来ていなければ block する．

read/write を繰り返し、slave socket を
close する．
UDP逐次処理サーバ
処理時間の短いサービスは逐次処理に適し
ている．多くはオーバーヘッドの少ない
UDPを使う．
１．ソケット生成、well-known addr に bind
コネクトはしない．
２．Clientから繰り返しrequestを読み込み、
protocolにしたがってreplyを送る．
UDP server と remote addr
UDPではコネクトしないので、メッセージと
いっしょに reomte endpoint をもらう．
retcode = recvfrom (s, buf, len, flags,
from, fromlenp);
retcode = sendto(s, message, len, flags,
toaddr, toaddrlen);
並行処理サーバ

複数のclientに対する応答時間を速める．
有効な場合は？
– replyするのにかなりのI/O処理を必要とする．
– 要求によっては処理時間が大幅に異なる．
– Multiple CPUの環境
UDP並行処理サーバ
M１．ソケット生成、well-known port に bindする．
コネクトしない．
M２．繰り返し recvfrom を呼び出し、clientからの
新しい要求を受け付け、slave process を生成し、
処理をさせる．
S1．masterからrequest messageとclient のソ
ケットを受け取る．
S２．protocol にしたがって reply をsendto
S３．exit
UDP並行処理



プロセス生成のコストは比較的高価
並行処理のコストがスピードアップに見合
うか？
UDPサーバでは逐次処理が多い．
TCP並行処理サーバ (master)

並行性
– コネクションごとに並行（リクエストごとでな
い）
M１．ソケット生成、well-known addr に bindす
る．コネクトしない．
M２．ソケットを passive mode にする．
M３．繰り返しclientからの新しい要求を accept,
slave process を生成し、処理をさせる．
TCP並行処理サーバ (slave)
S１．masterから接続要求とslave socketを
受け取る．
S２．protocolにしたがって繰り返しread/
writeして要求にこたえる．
S３．一つのclientからのリクエストが終わる
と、connectionをcloseしてexitする．
一つのプロセスによる見かけの
並行処理



UNIXのselect システムコールを使い，複
数のI/O割り込みを一箇所で待つ．
masterのソケットでpassive openする．
acceptで得たslave socketとmaster
socketでselectする．
selectで起こされたら、acceptまたは
read/write する．
サーバタイプの比較
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

逐次か並行か？
TCPかUDPか？
見かけの並行か複数プロセスの並行か？
４種類のサーバの特徴？
非同期I/Oによる見かけの並行処理？
何のコストが高いか？
サーバ・プログラムの例

Server の各バージョンのテストを容易にするた
めに、以下の例では
u_short portbase
に適当なオフセットを与えて、実際に使用する
ポートが現用中の特権ポートでなくても動かせ
るようにしてある．
UDP逐次処理サーバ･ツール
プロセスの構造
server
Well-known port
のsocketがすべての
通信で使われる．
UDP逐次処理サーバ（単一プロセスが多くの
clientとたった一つのsocketを通して通信）
TIMEサーバの例

UDP逐次処理サーバ
TCP逐次処理サーバの例
プロセスの構造
server
接続要求
に対する
ソケット
独自に使われた
ソケット
Daytime server
TCP並行処理サーバ
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プロセスの構造
並行処理echo
サーバの例
子プロセスの終了を完了
その他の応用
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単一プロセスによるTCP並行処理サーバ
多重プロトコルサーバ（TCP,UDP)
多重サービスサーバ（TCP,UDP)
並行性の制御 (server, client)
トンネリング
application gatewayと防火壁
RPCとXDR
分散環境でのプログラミング