UNIX: разработка сетевых приложений

  
Коллизии при вызове функции select
 
Рассматривая данный пример в 4.4BSD, мы можем исследовать еще одну проблему, которая встречается довольно редко и поэтому часто остается непонятой до конца. В разделе 16.13 [128] говорится о коллизиях (collisions), возникающих при вызове функции 
select
 несколькими процессами на одном и том же дескрипторе, и о том, каким образом ядро решает эту проблему. Суть проблемы в том, что в структуре 
socket
 предусмотрено место только для одного идентификатора процесса, который выводится из состояния ожидания по готовности дескриптора. Если же имеется несколько процессов, ожидающих, когда будет готов данный дескриптор, то ядро должно вывести из состояния ожидания все процессы, блокированные в вызове функции 
select
, так как ядро не знает, какие именно процессы ожидают готовности данного дескриптора.
Коллизии при вызове функции 
select
 в нашем примере можно форсировать, предваряя вызов функции 
accept
 из листинга 30.9 вызовом функции 
select
 в ожидании готовности к чтению на прослушиваемом сокете. Дочерние процессы будут теперь блокированы в вызове функции 
select
, а не в вызове функции accept. В листинге 30.11 показана изменяемая часть функции 
child_main
, при этом измененные по отношению к листингу 30.9 строки отмечены знаками 
+
.
Листинг 30.11. Модификация листинга 30.9: блокирование в вызове select вместо блокирования в вызове accept
  printf("child %ld starting\n", (long)getpid());
+ FD_ZERO(&rset);
  for (;;) {
+  FD_SET(listenfd, &rset);
+  Select(listenfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
+  if (FD_ISSET(listenfd, &rset) == 0)
+   err_quit("listenfd readable");
+
   clilen = addrlen;
   connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &clilen);
   web_child(connfd); /* обработка запроса */
   Close(connfd);
  }
Если, проделав это изменение, мы проверим значение счетчика ядра BSD/OS 
nselcoll
, мы увидим, что в первом случае при запуске сервера произошло 1814 коллизий, а во втором случае — 2045. Так как при каждом запуске сервера два клиента создают в сумме 5000 соединений, приведенные выше значения указывают, что примерно в 35-40% случаев вызовы функции 
select
 приводят к коллизиям.
Если сравнить значения времени, затраченного центральным процессором в этом примере, то получится, что при добавлении вызова функции 
select
 это значение увеличивается с 1,8 до 2,9 с. Частично это объясняется, вероятно, добавлением системного вызова (так как теперь мы вызываем не только 
accept
, но еще и 
select
), а частично — накладными расходами, связанными с коллизиями.
Из этого примера следует вывод, что когда несколько процессов блокируются на одном и том же дескрипторе, лучше, чтобы эта блокировка была связана с функцией 
accept
, а не с функцией 
select
.
    
30.7. Сервер TCP с предварительным порождением процессов и защитой вызова accept блокировкой файла
 
Описанная выше реализация, позволяющая нескольким процессам вызывать функцию 
accept
 на одном и том же прослушиваемом дескрипторе, возможна только для систем 4.4BSD, в которых функция 
accept
 реализована внутри ядра. Ядра системы SVR4, в которых accept реализована как библиотечная функция, не допускают этого. В самом деле, если мы запустим сервер из предыдущего раздела, в котором имеется несколько дочерних процессов, в Solaris 2.5 (система SVR4), то вскоре после того, как клиенты начнут соединяться с сервером, вызов функции 
accept
 в одном из дочерних процессов вызовет ошибку 
EPROTO
, что свидетельствует об ошибке протокола.
 
ПРИМЕЧАНИЕ
 
Причины возникновения этой проблемы с библиотечной версией функции accept в SVR4 связаны с реализацией потоков STREAMS и тем фактом, что библиотечная функция accept не является атомарной операцией. В Solaris 2.6 эта проблема решена, но в большинстве реализаций SVR4 она остается.
 
Решением этой проблемы является защита вызова функции 
accept
 при помощи блокировки, так что в данный момент времени только один процесс может быть блокирован в вызове этой функции. Другие процессы также будут блокированы, так как они будут стремиться установить блокировку для вызова функции 
accept
.
Существует несколько способов реализации защиты вызова функции 
accept
, о которых рассказывается во втором томе [2] данной серии. В этом разделе мы используем блокировку файла функцией 
fcntl
 согласно стандарту POSIX.
Единственным изменением в функции 
main
 (см. листинг 30.6) будет добавление вызова функции 
my_lock_init
 перед началом цикла, в котором создаются дочерние процессы:
+ my_lock_init("/tmp/lock.XXXXXX"); /* один файл для всех дочерних
                                       процессов */
  for (i = 0; i < nchildren; i++)
   pids[i] = child_make(i, listenfd, addrlen); /* возвращение
                                       родительского процесса */
Функция 
child_make
 остается такой же, как в листинге 30.8. Единственным изменением функции 
child_main
 (см. листинг 30.9) является блокирование перед вызовом функции 
accept
 и снятие блокировки после завершения этой функции:
  for (;;) {
   clilen = addrlen;
+  my_lock_wait();
    connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &clilen);
+   my_lock_release();
    web_child(connfd); /* обработка запроса */
    Close(connfd);
   }
В листинге 30.12 показана наша функция 
my_lock_init
, в которой используется блокировка файла согласно стандарту POSIX.