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あつのふしはら
5 years ago
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1 システムプログラミング演習田浦

2 演習を通して学んでほしいことネットワークプログラミングインターネットの基本ソケット HTTP (webのプロトコル) HTML ( ほんの少し ) スレッドプログラミング Webサーバの基本的な構成 ( ミニチュア )

3 情報源 UNIX : man ページ man recv man 2 recv man 3 recv Windows : MSDN ライブラリ Online 図書からCDを借りてインストール

4 インターネットの復習 IP アドレス etc. IP (Internet Protocol) IP アドレスを指定すると ( 世界中どこへでも ) パケットをがんばって届けてくれる ( 厳密にはウソ. 後ほど ) 失敗あり TCP (transfer control protocol) IP の上の reliable なレイヤポート番号による複数の入り口出口管理数え切れないアプリがこれを利用している

5 IP アドレスを調べてみよう Win: ipconfig Unix: /sbin/ifconfig a 接続時に自動的に重複なく割り当てられていることがほとんど (DHCP)

6 さっきのはウソ一部のアドレスはローカルアドレス LAN の外からはつなげないでも LAN の定義は微妙

7 ソケットプロセス間通信 ( 含むインターネット通信 ) のための API 本演習ではソケットを TCP を用いたインターネット通信のために使う

8 基本概念クライアント (= 電話をかける人 ) s = socket( ); connect( つなぎたい IP アドレスとポート ); /* 電話かける */ send/recv(s, ); サーバ (= 電話を受ける人 ) s = socket( ); s に IP アドレスとポートを割り当て ( 電話番号登録 ); new_s = accept(s); /* 待ち受け */ send/recv(new_s, );

9 ソケット練習課題送られてきた文字列を表示するだけのサーバブラウザがどんな文字列を送ってきているのかを調べるのに役に立つ

10 HTTP/HTML ブラウザと Web サーバのやり取り ( のほんの一部 ) HTTP (Hypter Text Transfer Protocol) HTML (Hyper Text Markup Language) テキスト参考書を読むのもよいが, ブラウザは既にHTTPのリクエストをしゃべるサーバは既にHTTPのリプライをしゃべる先の課題でブラウザのメッセージを表示できる telnetコマンドでサーバの返事を表示できる

11 socket bind & listen サーバ先週の復習クライアント socket connect accept recv send GET < パス > HTTP/1.0 < 空行 > HTTP/ OK < 空行 > < ページの内容 > send recv

12 入力パス名と状態遷移 / new game 6 digits 8 digits wrong! /new_n/ /xxx_?/ ( 不正解 ) remember /xxx_s/ next 1 2 END セッション ( ゲーム )ID /xxx_x/ ( 正解 ) congrat! /xxx_n/ ( 正解 )

13 複数ゲームの同時進行が可能な構成 / /new_n/ new game 6 digits 8 digits /new_n/ /new_n/ /new_n/

14 スレッドの概念スレッド : プログラムの文面を順に実行する主体 main() { } でが実行されるのは,OS が main を実行するスレッドを生成して実行しているからプログラム中でスレッドを生成する API が存在する

15 スレッド API UNIX: POSIX スレッド (Pthreads) Windows: Win32 スレッド概念はほとんど同じ ( 見た目はソケットほど似てはいないが ) 生成同期 ( タイミングの制御 ) 以下,Pthreads に準じて説明

16 生成 pthread_create(, f, x, ); f (x) を実行するスレッドを生成つまり, pthread_create(, f, x, ); < > で,f (x) と < > が並行に実行される f (x) と < > はメモリを共有する

17 並行に実行されるとは? たくさん CPU があれば本当に同時に実行される一般には, あるだけの CPU を存在するだけのスレッドがかわりばんこに使う (OS の制御 ) プログラムはかわりばんこを意識しなくてよい

18 プログラムの書かれ方 CPU 実際

19 スレッド利用上の大注意次の結果は? initially: x = 1; スレッド 1: f () { x = x * 10; } スレッド 2: g () { x = x * 5; }

20 同期の概念スレッドの実行タイミングの制御排他制御 : これとあれを同時に実行してはいけない ( どちらが先でも良い ) 生産者消費者同期 : これがおわってからあれを実行すべし両者とも頻繁に用いられ, 本課題でも使う

21 排他制御 pthread_mutex_t m; pthread_mutex_init(&m); スレッド A: pthread_mutex_lock(&m); スレッド B: pthread_mutex_lock(&m); pthread_mutex_unlock(&m); pthread_mutex_unlock(&m);

22 生産者消費者同期疲れるのでまた来週 ( テキストを読んでおいてください )

23 本課題でのスレッドの利用全てのリクエスト (accept からの return) にそのリクエスト処理スレッドを生成 / : これまでどおり /new_yyy/ : ( 新しいセッション ) だったら, そのスレッドは, そのセッション専門スレッドになり, 以降そのセッションへのメッセージを待つ /xxx_yyy/ : セッション ID xxx に対応するスレッドに yyy を渡す

24 main スレッド accept / これまで通り /new_?/ セッションスレッド /xxx_yyy/ セッションスレッド xxx にメッセージ yyy をとどける wait_for_msg 正しい受け渡しのための同期!

25 本日のメニュー生産者消費者同期おまけ : 本物の web サーバとの違い

26 Windows Socket の初期化 WORD wversionrequested = MAKEWORD( 2, 2 ); WSADATA wsadata[1]; if (0!= WSAStartup(wVersionRequested, wsadata)){ /* 失敗! ありえない! */ }

27 生産者消費者同期とはスレッド S の操作 A がおわるまで, スレッド T の操作 B を待たせたい典型的な状況 A : データの生産者 B : データの消費者 but, 上に限らず頻出する状況 A S result = 10; = result; T B

28 本課題の生産者消費者同期メインスレッド create G: セッション (1 スレッド / ゲーム ) R: リクエスト処理 1 スレッド / リクエスト put_data get_data 注 : 実は 2 つの同期の複合 G は R が書く前に読んではいけない R は G が ( 一つ前のデータを ) 読む前に ( 次のデータを ) 書いてはいけない有限バッファ問題

29 条件変数 (condition variable) 一般的に, ある条件が成立するまで待つを実現する primitive 例 ( いくらでも ) x + y > 0 になるまで待つ Q (queue オブジェクト ) が空でなくなるまで待つ f (x, y, z) が成立するまで待つ要するに何にでも使える強力 primitive

30 基本フォーム C(x, y, z) が成立するまで待ちたい時 : pthread_mutex_lock(m); while (!C(x, y, z)) { m を unlock し, ブロックする ; 起きたらまた m を lock; } x, y, z などをいじる必要なら, 他の待ってる人たちを起こす pthread_mutex_unlock(m);

31 条件変数 API pthread_cond_t c; pthread_mutex_t m; pthread_cond_init(&c); pthread_cond_wait(&c, &m); m を unlock し,c の上でブロックする. 起こされたらまた m を lock する pthread_cond_broadcast(&c); c でブロックしている人全員をたたき起こす

32 有限バッファ with 条件変数容量 1 の有限バッファ typedef struct { int data; int full; mutex_t m; cond_t c } bb;

33 有限バッファ with 条件変数 (2) bb_get(bb * b) { lock(&b->m); while(!b->full) wait(&b->c); t = b->data; b->full = 0; broadcast(&b->c); return t; }

34 有限バッファ with 条件変数 (3) bb_put(bb * b, int x) { lock(&b->m); while(b->full) wait(&b->c); b->data = x; b->full = 1; broadcast(&b->c); }

35 関連 primitive: セマフォ mutexの一般化 (n 人まで同時利用可能 ) Windows (not in Pthreads) HANDLE s = CreateSemaphore( ); wait: WaitForSingleObject(s, ); WaitForMultipleObjects( ); signal: ReleaseSemaphore(s, );

36 補足 (1) セッション ID セッション ID の簡単な生成法 = スレッドのスタック上の変数のアドレス do_session() { char dummy; long session_id = (long)&dummy; }

37 補足 (2) 有限バッファメモリ管理 typedef struct { } session_table_entry; session_table_entry session_table[max_sessions]; 操作 : 新しい session の登録与えられた session ID の entry 検索いたるところに同期が必要本課題ではむなしいが,10000 req/sec のサーバを作っている気分で

38 おまけ (1) 巷の web サーバとの違い本物の web サーバは状態をメモリに残さない. データベースと連携. セッション ID を cookie としてブラウザに送り返す基本サービス以外は外部プログラム (CGI) を起動する ( 拡張性 ) スレッドプール ( 同時処理に上限 ) スレッドの変わりにプロセスを使うこともある

39 おまけ (2): VMWare/Linux オペレーション Linux in VMWare をインターネットにつなげる VMWareのネットワーク構成 IP 接続 WWWブラウザメール Linux in VMWare ホスト Windows との通信ホスト -> ゲストの接続ファイルコピーファイル共有

40 VMWare のネットワーク構成 ( 外向き接続 ) ( 内向き接続 ) Bridged インターネット LAN ( ローカルアドレス ) またはインターネット ( グローバルアドレス ) NAT インターネットホスト Host-Only ホストホスト残念なこと無線 LAN では Bridged では使えない

41 診断手順 /sbin/ifconfig a ping TCP 接続ブラウザ->webサーバ telnet-> 何かのサーバ (web, メール, etc.) 本演習で作ったプログラム!

42 ダメなとき /sbin/ifconfig a で IP アドレスが変 ( とかゴミっぽい ) /sbin/ifdown a /sbin/ifup a 直らなければ? NAT/Host-Only でやってみる複数の同時接続を許す ISP か? 許さなければ Bridged は無理

43 ダメなとき ping が通らない近場 (= ホスト OS) に通すホスト OS (Windows) のアドレスは ipconfig でチェック Bridged, NAT, Host-Only で見るべき値が違う近場に通らなければ Linux の問題か? 近場に通るがインターネット (e.g., yahoo) に通らない Host-Only じゃない? ファイアウォールなど?

44 ping が通るけど WWW が動かなあまりないい

45 ping が通るがメールが動かないまずメールの設定をせよ emacs + mew 設定方法は後日 HP にのせます

46 設定したがなぜか動かない色々な理由がある SPAM との戦いメールの仕組みを多少知っておいたほうが良い

47 メールの仕組みメーラ (mew, outlook) 送信 ( 認証なし ) 受信 ( 認証あり ) ポート 25 SMTP サーバ POP/IMAP サーバポート 110 (POP)

48 メールが送れないありがちな理由 SMTP サーバ設定ミス telnet < サーバ名 > 25 でつながるか? 受け取りを拒否されるありがち : SMTP サーバが,LAN 外からの送信を拒否している大学 -> ISP のメールサーバ ISP -> 大学のメールサーバ

49 メールが受け取れないありがちな理由 POP/IMAP サーバ設定ミス telnet < サーバ名 > 110 (POP) telnet < サーバ名 > 143 (IMAP) でつながるか LAN 外からの危ない認証法拒否大学 <- ISP POPサーバ ISP <- 大学 POPサーバ

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PowerPoint Presentation コンピュータ科学 III 担当 : 武田敦志 http://takeda.cs.tohoku-gakuin.ac.jp/ IP ネットワーク (1) コンピュータ間の通信 to : x Data to : x y Data to : y z Data 宛先 B のパケットは z に渡す A 宛先 B のパケットは y に渡すルーティング情報