Linux系统能提供强大可靠的网络服务,并有管理程序对服务进行管理。例如我们熟悉的Web、FTP和电子邮件等,它们既可以单独运行,也可以被守护进程inetd调用,而且运行得都非常好。但我们不能仅停留在赞叹中,下面就给出两个服务程序程序和一个客户程序的例子,介绍服务程序和客户程序之间是如何沟通的。另外还要编辑配置一些文件,让服务程序也能接受服务管理程序管理。
这两个服务程序功能相同,但一个是独立服务程序,另一个是被inetd调用的服务程序。这是TCP/IP网络服务的两大类,这里将两个程序放在一起是为了比较程序结构和运行方式。两服务程序都在Red Hat Linux 7.1和TurboLinux 7.0上调试通过。
独立服务器
TCP和UDP是两大TCP/IP数据传输方式,套接口是建立服务器客户机连接的机制,首先介绍它们建立通信联系的过程,然后给出一个TCP服务程序例子。
1.TCP套接口通信方式
对于TCP服务器端,服务程序首先调用建立套接口的函数socket(),然后调用绑定服务IP地址和协议端口号函数bind()。绑定成功后调用被动监听函数listen()等待客户连接,还要调用获取连接请求函数accept(),并一直阻塞到客户连接请求的到达,这个函数获取客户机IP地址和协议端口号。
对于TCP客户端,客户程序启动后后调用建立套接口函数socket(),然后调用连接函数connect(),此函数与服务器通过三次握手建立连接。
服务器和客户机建立连接后,就可以使用读函数read()和写函数write()收发数据了。数据交换完成后便各自调用关闭套接口函数close()删除套接口。TCP套接口通信方式见图1所示。
2.UDP套接口通信方式
UDP程序与TCP的区别是无需建立连接。服务器首先启动,然后等待用户请求。客户机启动后便直接向服务器请求服务,服务器接到请求后给出应答。
对于UDP服务器端,服务程序首先调用套接口函数socket(),然后调用绑定IP地址和协议端口号函数bind()。之后调用函数recvfrom()接收客户数据,调用sendto()向客户发送数据。
对于UDP客户端,客户机程序启动后调用套接口函数socket(),然后调用sendto()向服务器发送数据,调用recvfrom()接收服务器数据。
双方数据交换成功后,各自调用关闭套接口函数close()关闭套接口。UDP套接口通信方式见图2所示。
下面给出独立服务程序的例子。这个程序虽然简单,但是与复杂程序有着相同的结构。
函数socket(),创建一个套接口,成功则返回套接口描述符
函数htonl()用于将32位主机字节顺序转换为网络字节顺序,其中参数INADDR_ANY表示任何IP地址。
函数htons()用于将16位主机字节顺序转换为网络字节顺序,其中的参数是绑定的端口号,读者可根据环境自行改动,目的是不与其它服务端口冲突。
函数bind()用于绑定本地地址和服务端口号,若调用成功返回值为0。
函数listen(),指明服务器的队列长度,被动等待客户连接,调用成功返回值为0。
函数accept()等待和获取用户请求,为每个新连接请求创建一个新的套接口,调用成功返回新套接口描述符。
函数read()和write()用于在服务器和客户机之间传送数据,调用成功返回读和写的字节数。函数close(),用于程序使用完一个套接口后关闭套接口,调用成功返回值0。其中的参数为accept()创建的套接口的描述符client_sockfd。
程序完成后就可以使用命令进行编译。在命令行中输入“gcc -o server server.c”,将server.c编译成可执行程序server,这时便可用客户程序进行测试。在命令行执行“./server”启动服务程序,执行“netstat -na”查看有无server的服务端口。如果存在,则执行下面编写的客户程序“./client”。不过这仅是手工启动的方法,下面给出用服务管理程序管理server程序的方法。只要在目录/etc/rc.d/init.d下放入服务程序的脚本就能被服务程序读到。在命令行执行“touch server”创建文件server,并将文件属性改成可执行。在管理程序中并不能看到此服务名,脚本文件必须有一些结构才能被管理程序认为是服务程序脚本。
为了减少工作量,拷贝/etc/rc.d/init.d下脚本httpd,将拷贝脚本名命名为server,然后对其编辑。
(1)执行“cp httpd server”。
(2)用文本编辑器vi(其它编辑器亦可)将server打开进入编辑状态。首先用字符串server替换httpd。然后找到daemon server行,如果编写的程序放在变量PATH目录中,不需要修改此行;如果把服务程序放在其它目录中,就要写服务的全路径。例如程序在/root的目录中,就要写成daemon /root/server,还要删除“rm -f /var/run/server.pid”这一行。
(3)执行“chmod 755 server”,将server属性设定为可执行。
此时就可以用chkconfig、ntsysv等工具,在希望的运行级中增加这个新服务程序,然后测试客户机与服务器能否通信。
被xinetd调用的服务程序
在Linux系统中,有很多服务是被xinetd(较早版本使用的是inetd)超级守护服务器启动的。其实凡是基于TCP和UDP的服务都可使用超级守护进程启动,只是在服务量很大影响效率的情况下不被采用。
1.依赖xinetd启动的服务建立通信过程
为了与独立服务器程序比较,我们看一下依赖xinetd的服务器是如何启动的。
(1)xinetd启动时读取/etc/xinetd目录中的文件(早期版本为/etc/inetd文件),根据其中的内容给所有允许启动的服务创建一个指定类型的套接口,并将套接口放入select()中的描述符集合中。
(2)对每个套接口绑定bind(),所用的端口号和其它参数来自/etc/xinetd目录下每个服务的配置文件。
(3)如果是TCP套接口就调用函数listen(),等待用户连接。如果是UDP套接口,就不需调用此函数。
(4)所有套接口建立后,调用函数select()检查哪些套接口是活动的。
(5)若select()返回TCP套接口,就调用accept()接收这个连接。如果为UDP,就不需调用此函数。
(6)xinetd调用fork()创建子进程,由子进程处理连接请求。
◆ 子进程关闭所有其它描述符,只剩下套接口描述符。这个套接口描述符对于TCP是accept()返回的套接口,对于UDP为最初建立的套接口。然后子进程连续三次dup()函数,将套接口描述符复制到0、1和2,它们分别对应标准输入、标准输出和标准错误输出,并关闭套接口描述符。
◆ 子进程查看/etc/xinetd下文件中的用户,如果不是root用户,就用调用命令setuid和setgid将用户ID和组ID改成文件中指定的用户。
(7)对于TCP套接口,与用户交流结束后父进程需要关闭已连接套接口。父进程重新处于select()状态,等待下一个可读的套接口。
最后调用配置文件中指定的外部服务程序,外部程序启动后就可与用户进行信息传递了。
2.为xinetd编写专门的服务程序
除了独立服务程序能被xinetd启动外,还可以为xinetd编写专门的程序。此处的例子程序与上面server.c功能相同。不过两者的程序区别是很大的,此例的代码仅相当于上面传输数据的部分。我们还将程序名定为server.c,所以不能放在相同目录中,同名仅是为了和上面程序对照。
将程序编译成可执行文件,并做些设置就可被xinetd启动。注意不要和上面的独立服务程序server一起启动,因为客户程序写得比较简单,访问的是固定端口,服务器都设成了相同的端口号。
(1)编辑/etc/services文件,在行末增加一条记录:
(2)在目录/etc/xinetd.d下编写文件server,内容为:
如果使用的是较早版本,则需在/etc/inetd.conf文件中添加下面的行:
(3)执行/etc/rc.d/initd.d/xinetd restart重新启动xinetd服务器。早期版本执行/etc/rc.d/initd.d/inetd restart重新启动inetd。
(4)执行netstat -an查看有没有server程序使用的端口号,如果有就可使用下面客户机程序进行测试了。
客户机程序
下面就客户机函数做一简单介绍。
函数socket()用于建立一个套接口,创建成功返回套接口描述符。
函数connect()用于与服务器建立一个主动连接,调用成功返回值为0。
函数scanf()用于从控制台输入一个字符,并将字符存入client_ch的地址。函数write()和read()用于传输数据。函数printf()在客户机屏幕上显示服务器传回的字符。函数close()关闭套接口。
执行命令“gcc -o client client.c”,将client.c编译成client。执行“./client”,在程序提示下输入一个字符,就能看到服务器传回的字符。
以上介绍的仅是简单的例子。平时见到的服务程序远比它复杂,而且很多是多协议服务程序或是多协议多服务程序。多协议服务程序就是在main()中分别创建供服务的TCP和UDP套接口。为每个服务分别写出相应程序好处是便于控制,但是这样每个服务都启动两个服务器,而它们的算法响应是一样的,就要耗费不必要的资源,并且出了问题排错也较困难。多服务是将不同的服务集成在一起由一个程序完成,可用一个数组表示服务,数组中的每一项表示某协议某服务的一种,这样很容易扩展程序的服务功能。