ネットワーク・プログラミング

1. ネットワーク・プログラミング ソケットプログラミングと共有メモリ

2. 通信 チャネル 通信 　 チャネル １．１　プロトコル • パケット • TCP/IP通信における情報伝送の単位。 • プロトコル • 情報を交換する手順やパケットの内容について定めた決まりごと。TCP/IPはプロトコルである。 • TCP/IP通信 • アプリケーションプログラムがソケットを介してUDP又はTCPサービスを利用する通信。 • ネットワーク層（IP） • パケットを宛先(宛先IPアドレスを持つコンピュータ)に届ける。 • パケットは個別に処理される。 • ベストエフォートサービス（パケットの紛失や到着順の逆転が起きる）。 • トランスポート層（TCP又はUDP） • 宛先アプリケーションにデータを届ける。 • ポート番号を使って、アプリケーションを識別する。 • TCPは紛失パケットを再送する。 • UDP は紛失パケットを再送しない。 アプリケーション （AP） アプリケーション （AP） ソケット ソケット TCP UDP TCP UDP IP IP IP コンピュータ コンピュータ ルータ TCP/IP通信

3. IPアドレス コンピュータの通信用のアドレス。 IPアドレスは32ビット（IPv4）。 ドット10進表記法（例：　10.1.2.3）。 ポート番号 アプリケーションを識別する番号。 符号無しの16ビット2進数（1～65,535）。 クライアント／サーバ サーバがクライアントにサービスを提供する。 クライアントは予めサーバのIPアドレスとポート番号を（DNSを使って）知っている。 よく利用されるポート番号は予約されている。 ソケット TCP/IP通信を行うためのAPI（アプリケーションインタフェース）。 データの送受信は（ファイルI/Oと同様に）ソケットへの書込／読出により行う。 ストリームソケット（TCPを使用）とデータグラムソケット（UDPを使用）の２種類ある。 １．２　アドレスとソケット FTP FTP 5000 20 TCP TCP 10.1.2.3 10.1.2.5 IP IP クライアント サーバ AP AP AP ソケット 1 2 65535 1 2 65535 UDP TCP ソケットがポートにバインド IP

4. ２．　共有メモリ プロセスAとBは、 同じ鍵を持っている プロセス Ａ プロセス Ｂ プロセスA shmget(); shmat(); write(); プロセスB shmget(); shmat(); read(); プロセス間通信 • パイプライン • シグナル カーネル 共有メモリ • 共有メモリ • セマフォ • ソケット カーネル

5. 共有メモリを利用する手順 共有メモリ識別子を獲得（shmget）。メモリ上に共有メモリ領域が確保される。 共有メモリにアタッチ（shmat）。利用できる共有メモリの先頭アドレスが返される。 共有メモリにデータを書込む／読込む。 共有メモリをデタッチ（shmdt）。利用を終える。 （shmctl, ipcrmコマンドを使って）共有メモリ領域を開放する。 （例）カット＆ペースト mcut 標準入力からのデータを共有メモリに入れる。 mpaste 共有メモリからのデータを取出し標準出力へ出力する。 ２．１　共有メモリ概要 共有メモリの 利用状況 [oida@rpc261 soft2]$ ipcs -m ------ シェアードメモリセグメント -------- キー shmid 所有者 権限 バイト nattch 状態 [oida@rpc261 soft2]$ w | ./mcut [oida@rpc261 soft2]$ ipcs -m ------ シェアードメモリセグメント -------- キー shmid 所有者 権限 バイト nattch 状態 0x61018088 360453 oida 666 4096 0 [oida@rpc261 soft2]$ ./mpaste 12:04pm up 1:38, 2 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPUWHAT oida pts/0 pupa 11:33am 1:41 0.03s 0.03s -bash oida pts/1 pupa 11:43am 0.00s 0.05s 0.01s w [oida@rpc261 soft2]$ ipcrm shm 360453 リソースを削除しました [oida@rpc261 soft2]$ 利用者情報をカット 利用者情報をペースト shmid

6. ２．２　共有メモリのシステムコール１ shmget 共有メモリを割当て、識別子を得る インクルードファイル #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> 書式 int shmget(key_t key, int size, int shmflg); 戻値 成功時　共有メモリ識別子 失敗時　-1 key: 　共有メモリを使うプロセス共通のキー size:　確保する共有メモリのサイズ（バイト） shmflg: IPC_CREAT: 新規作成（同じキーで割当てられていれば、既にある 共有メモリを使う） IPC_EXCL: 同じキー値で既に割当てられていれば、エラーを返す アクセス権: ファイルの許可ビットと同じ 例：　 IPC_CREAT|0666　新規作成、全ての人が読書可能 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666 割当てられていない新しいメモリ アクセス権の指定方法は、ファイルと同じrwx。つまり、read,write,execute

7. ２．３　共有メモリのシステムコール２ shmdt 共有メモリをデアタッチ shmat 共有メモリをプロセスにアタッチ インクルードファイル #include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> 書式 　 int shmdt(const void *shmaddr); 戻値 成功時　0 失敗時　-1 インクルードファイル #include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> 書式 void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); 戻値 成功時　アタッチされた共有メモリの開始アドレス 失敗時　-1 int shmid: 　共有メモリ識別子（shmgetの戻値） const void *shmaddr:　アタッチするアドレス（共有メモリの先頭 からのオフセット） shmflg: 共有メモリの操作モード（SHM_RDONLYは、読取り モード、それ以外は、読書きモード） shmctl 共有メモリを制御する インクルードファイル #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> 書式 　 int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); 戻値 成功時　0 失敗時　-1 cmd：　 IPC_STAT 共有メモリの状態を得る IPC_SET　共有メモリの状態を変更 IPC_RMID　共有メモリを削除 共有メモリ プロセス shmat 戻値

8. ２．４　クリップボード（カット&ペースト）２．４　クリップボード（カット&ペースト） mcut.c mpaste.c 4096バイト、読書き可能な共有メモリを作成 int main() { char *head; char in_data[4096], *in_ptr; char *pos; int i, in_tmp, shmid; key_t shmkey; shmkey=ftok("mcut",'a'); shmid=shmget(shmkey,sizeof(in_data),IPC_CREAT|0666); head=pos=shmat(shmid,0,0); in_ptr=in_data; for (i=0; i<sizeof(in_data)-1; i++) { if ((in_tmp=getchar())==EOF) { break; } *in_ptr=in_tmp; in_ptr++; } *in_ptr=(char)NULL; in_ptr=in_data; strncpy(pos,in_ptr,sizeof(in_data)); shmdt(head); return EXIT_SUCCESS; } #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> int main() { char *head; char out_data[4096], *out_ptr; char *pos; int shmid; key_t shmkey; shmkey=ftok("mcut",'a'); shmid=shmget(shmkey,sizeof(out_data),IPC_CREAT|0666); head=pos=shmat(shmid,0,0); out_ptr=out_data; strncpy(out_ptr,pos,sizeof(out_data)); printf("%s",out_data); fflush(stdout); return EXIT_SUCCESS; } （存在する）ファイルの 名前と任意の１文字からキーを作る 共有メモリの先頭アドレスを得る ファイル名はmcut.cで使った名前と同じでなければならない 標準入力からの文字をin_dataへ 共有メモリの先頭アドレスを得る 共有メモリに書込む 共有メモリから読み出す 共有メモリの利用を止める

9. 宿題７ mcut hw7 mpaste w 共有 メモリ • 宿題：（mcut.c,mpaste.cを参考にして）mcutによって共有メモリに書き込まれたデータを全て大文字に変換後、共有メモリに再度書き込むプログラム（hw7.c）。関数toupper()を使用する。全て大文字になっていることをmpasteで確認すること。 • 表紙に氏名と学籍番号を書く • 本文にプログラムを書く • プログラムの実行結果を書く • プログラムの動作を説明する図を作成し、図の説明文を書く • レポートの締切は次の授業がある週の水曜日18:00 write read toupper write read hw6.c print [oida@rpc261 soft2]$ w 7:43pm up 7:51, 2 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT oida pts/0 pupa 12:34pm 10:53 0.05s 0.05s -bash oida pts/1 pupa 7:25pm 0.00s 0.08s 0.01s w [oida@rpc261 soft2]$ gcc -o hw7 hw7.c [oida@rpc261 soft2]$ w | ./mcut [oida@rpc261 soft2]$ ./hw7 [oida@rpc261 soft2]$ ./mpaste 7:43PM UP 7:52, 2 USERS, LOAD AVERAGE: 0.00, 0.00, 0.00 USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT OIDA PTS/0 PUPA 12:34PM 10:32 0.05S 0.05S -BASH OIDA PTS/1 PUPA 7:25PM 0.00S 0.07S 0.00S W [oida@rpc261 soft2]$ipcrm shm 360453 リソースを削除しました [oida@rpc261 soft2]$ ヒント toupper()関数の使い方 全て大文字にする for (i=0; out_data[i] != EOF; i++) out_data[i] = toupper(out_data[i]); 使い終わった共有メモリは削除する shmid

10. まとめ • ネットワーク • プロトコル • アドレスとソケット • 共有メモリ • shmget • shmat • shmdt • shmctl