UNIX: разработка сетевых приложений

  
5.14. Сбой на узле сервера
 
В следующем примере мы проследим за тем, что происходит в случае сбоя на узле сервера. Чтобы мы могли имитировать эту ситуацию, клиент и сервер должны работать на разных узлах. Мы запускаем сервер, запускаем клиент, вводим строку на стороне клиента для проверки работоспособности соединения, отсоединяем узел сервера от сети и вводим еще одну строку на стороне клиента. Этот сценарий охватывает также ситуацию, в которой узел сервера становится недоступен во время отправки данных клиентом (например, после того как соединение установлено, выключается некий промежуточный маршрутизатор).
События развиваются следующим образом:
1. Когда происходит сбой на узле сервера, по существующим сетевым соединениям от сервера не отправляется никакой информации. Мы считаем, что на узле происходит именно сбой, а не завершение работы компьютера оператором (что мы рассмотрим в разделе 5.16).
2. Мы вводим строку на стороне клиента, она записывается с помощью функции 
writen
 (см. листинг 5.3) и отправляется протоколом TCP клиента как сегмент данных. Затем клиент блокируется в вызове функции 
readline
 в ожидании отраженного ответа.
3. Если мы понаблюдаем за сетью с помощью программы 
tcpdump
, то увидим, что TCP клиента последовательно осуществляет повторные передачи сегмента данных, пытаясь получить сегмент ACK от сервера. В разделе 25.11 [128] показан типичный образец повторных передач TCP: реализации, происходящие от Беркли, делают попытки передачи сегмента данных 12 раз, ожидая около 9 мин перед прекращением попыток. Когда TCP клиента наконец прекращает попытки ретрансляции (считая, что узел сервера за это время не перезагружался или что он все еще недоступен, если на узле сервера сбоя не было, но он был недоступен по сети), клиентскому процессу возвращается ошибка. Поскольку клиент блокирован в вызове функции 
readline
, она и возвращает эту ошибку. Если на узле сервера произошел сбой, и на все сегменты данных клиента не было ответа, будет возвращена ошибка 
ETIMEDOUT
. Но если некий промежуточный маршрутизатор определил, что узел сервера был недоступен, и ответил сообщением ICMP о недоступности получателя, клиент получит либо ошибку 
EHOSTUNREACH
, либо ошибку 
ENETUNREACH
.
Хотя наш клиент в конце концов обнаруживает, что собеседник выключен или недоступен, бывает, что нужно определить это раньше, чем пройдут условленные девять минут. В таком случае следует поместить тайм-аут в вызов функции 
readline
, о чем рассказывается в разделе 14.2.
В описанном сценарии сбой на узле сервера можно обнаружить, только послав данные на этот узел. Если мы хотим обнаружить сбой на узле сервера, не посылая данные, требуется другая технология. Мы рассмотрим параметр сокета 
SO_KEEPALIVE
 в разделе 7.5.
  
5.15. Сбой и перезагрузка на узле сервера
 
В этом сценарии мы устанавливаем соединение между клиентом и сервером и затем считаем, что на узле сервера происходит сбой, после чего узел перезагружается. В предыдущем разделе узел сервера был выключен, когда мы отправляли ему данные. Здесь же перед отправкой данных серверу узел сервера перезагрузится. Простейший способ имитировать такую ситуацию — установить соединение, отсоединить сервер от сети, выключить узел сервера и перезагрузить его, а затем снова присоединить узел сервера к сети. Мы не хотим, чтобы клиент знал о завершении работы сервера (о такой ситуации речь пойдет в разделе 5.16).
Как было сказано в предыдущем разделе, если клиент не посылает данные серверу, то он не узнает о произошедшем на узле сервера сбое. (При этом считается, что мы не используем параметр сокета 
SO_KEEPALIVE
.) События развиваются следующим образом:
  
1. Мы запускаем сервер, затем — клиент, и вводим строку для проверки установленного соединения. Получаем ответ сервера.
2. Узел сервера выходит из строя и перезагружается.
3. Мы вводим строку на стороне клиента, которая посылается как сегмент данных TCP на узел сервера.
4. Когда узел сервера перезагружается после сбоя, его TCP теряет информацию о существовавших до сбоя соединениях. Следовательно, TCP сервера отвечает на полученный от клиента сегмент данных, посылая RST.
5. Наш клиент блокирован в вызове функции 
readline
, когда приходит сегмент RST, заставляющий функцию 
readline
 возвратить ошибку 
ECONNRESET
.
Если для нашего клиента важно диагностировать выход из строя узла сервера, даже если клиент активно не посылает данные, то требуется другая технология (с использованием параметра сокета 
SO_KEEPALIVE
 или некоторых функций, проверяющих наличие связи в клиент-серверном соединении).
  
5.16. Выключение узла сервера
 
В двух предыдущих разделах рассматривался выход из строя узла сервера или недоступность узла сервера в сети. Теперь мы рассмотрим, что происходит, если узел сервера выключается оператором в то время, когда на этом узле выполняется наш серверный процесс.
Когда система Unix выключается, процесс 
init
 обычно посылает всем процессам сигнал 
SIGTERM
 (мы можем перехватить этот сигнал), ждет в течение некоторого фиксированного времени (часто от 5 до 20 с), а затем посылает сигнал 
SIGKILL
 (который мы перехватить не можем) всем еще выполняемым процессам. Это дает всем выполняемым процессам короткое время для завершения работы. Если мы не завершили выполнение процесса, это сделает сигнал 
SIGKILL
. При завершении процесса закрываются все открытые дескрипторы, а затем мы проходим ту же последовательность шагов, что описывалась в разделе 5.12. Там же было отмечено, что в нашем клиенте следует использовать функцию 
select
 или 
poll
, чтобы клиент определил завершение процесса сервера, как только оно произойдет.
  
5.17. Итоговый пример TCP
 
Прежде чем клиент и сервер TCP смогут взаимодействовать друг с другом, каждый из них должен определить пару сокетов для соединения: локальный IP-адрес, локальный порт, удаленный IP-адрес, удаленный порт. На рис. 5.5 мы схематически изображаем эти значения черными кружками. На этом рисунке ситуация представлена с точки зрения клиента. Удаленный IP-адрес и удаленный порт должны быть заданы клиентом при вызове функции 
connect
. Два локальных значения обычно выбираются ядром тоже при вызове функции 
connect
. У клиента есть выбор: он может задать только одно из локальных значений или оба, вызвав функцию 
bind
 перед вызовом функции 
connect
, однако второй подход используется редко.
Рис. 5.5. TCP-соединение клиент-сервер с точки зрения клиента
Как мы отмечали в разделе 4.10, клиент может получить два локальных значения, выбранных ядром, вызвав функцию 
getsockname
 после установления соединения.
На рис. 5.6 показаны те же четыре значения, но с точки зрения сервера.