UNIX: разработка сетевых приложений

В этой главе представлен обзор команд функции ioctl, имеющих отношение к сетевому программированию, многие из которых зависят от реализации. Кроме того, некоторые реализации, включая системы, происходящие от 4.4BSD и Solaris 2.6, используют сокеты домена AF_ROUTE(маршрутизирующие сокеты) для выполнения многих из этих операций. Маршрутизирующие сокеты мы рассматриваем в главе 18.

Обычно сетевые программы (как правило, серверы) используют функцию ioctl для получения информации обо всех интерфейсах узла при запуске программы, с тем чтобы узнать адрес интерфейса, выяснить, поддерживает ли интерфейс широковещательную передачу, многоадресную передачу и т.д. Для возвращения этой информации мы разработали нашу собственную функцию. В этой главе мы представляем ее реализацию с применением функции ioctl, а в главе 18 — другую реализацию, использующую маршрутизирующие сокеты.

17.2. Функция ioctl

Эта функция работает с открытым файлом, дескриптор которого передается через аргумент fd.

 #include <unistd.h>

 int ioctl(int fd, int request, ... /* void * arg*/ );
Возвращает: 0 в случае успешного выполнения, -1 в случае ошибки

Третий аргумент всегда является указателем, но тип указателя зависит от аргумента request.

ПРИМЕЧАНИЕ

В 4.4BSD второй аргумент имеет тип unsigned long вместо int, но это не вызывает проблем, поскольку в заголовочных файлах определены константы, используемые для данного аргумента. Пока прототип функции подключен к программе, система будет обеспечивать правильную типизацию.

Некоторые реализации определяют третий аргумент как неопределенный указатель (void*), а не так, как он определен в ANSI С.

Не существует единого стандарта заголовочного файла, определяющего прототип функции для ioctl, поскольку он не стандартизован в POSIX. Многие системы определяют этот прототип в файле <unistd.h>, как это показываем мы, но традиционные системы BSD определяют его в заголовочном файле <sys/ioctl.h>.

Мы можем разделить аргументы request, имеющие отношение к сети, на шесть категорий:

операции с сокетами;

операции с файлами;

операции с интерфейсами;

операции с кэшем ARP;

операции с таблицей маршрутизации;

операции с потоками (см. главу 31).

Помимо того, что, как показывает табл. 7.9, некоторые операции ioctl перекрывают часть операций fcntl(например, установка неблокируемого сокета), существуют также некоторые операции, которые с помощью функции ioctl можно задать более чем одним способом (например, смена групповой принадлежности сокета).

В табл. 17.1 перечислены аргументы request вместе с типами данных, на которые должен указывать адрес arg. В последующих разделах эти вызовы рассматриваются более подробно.

Таблица 17.1. Обзор сетевых вызовов ioctl

Категория	request	Описание	Тип данных
Сокет	SIOCATMARK	Находится ли указатель чтения сокета на отметке внеполосных данных	int
SIOCSPGRP	Установка идентификатора процесса или идентификатора группы процессов для сокета	int
SIOCGPGRP	Получение идентификатора процесса или идентификатора группы процессов для сокета	int
Файл	FIONBIO	Установка/сброс флага отсутствия блокировки	int
FIOASYNC	Установка/сброс флага асинхронного ввода-вывода	int
FIONREAD	Получение количества байтов в приемном буфере	int
FIOSETOWN	Установка идентификатора процесса или идентификатора группы процессов для файла	int
FIOGETOWN	Получение идентификатора процесса или идентификатора группы процессов для файла	int
Интерфейс	SIOCGIFCONF	Получение списка всех интерфейсов	struct ifconf
SIOCSIFADDR	Установка адреса интерфейса	struct ifreq
SIOCGIFADDR	Получение адреса интерфейса	struct ifreq
SIOCSIFFLAGS	Установка флагов интерфейса	struct ifreq
SIOCGIFFLAGS	Получение флагов интерфейса	struct ifreq
SIOCSIFDSTADDR	Установка адреса типа «точка-точка»	struct ifreq
SIOCGIFDSTADDR	Получение адреса типа «точка-точка»	struct ifreq
SIOCGIFBRDADDR	Получение широковещательного адреса	struct ifreq
SIOCSIFBRDADDR	Установка широковещательного адреса	struct ifreq
SIOCGIFNETMASK	Получение маски подсети	struct ifreq
SIOCSIFNETMASK	Установка маски подсети	struct ifreq
SIOCGIFMETRIC	Получение метрики интерфейса	struct ifreq
SIOCSIFMETRIC	Установка метрики интерфейса	struct ifreq
SIOC xxx	(Множество вариантов в зависимости от реализации)
ARP	SIOCSARP	Создание/модификация элемента ARP	struct arpreq
SIOCGARP	Получение элемента ARP	struct arpreq
SIOCDARP	Удаление элемента ARP	struct arpreq
Маршрутизация	SIOCADDRT	Добавление маршрута	struct rtentry
SIOCDELRT	Удаление маршрута	struct rtentry
Потоки	I_ xxx	(См. раздел 31.5)

17.3. Операции с сокетами

Существует три типа вызова, или запроса (в зависимости от значения аргумента request) функции ioctl, предназначенные специально для сокетов [128, с. 551–553]. Все они требуют, чтобы третий аргумент функции ioctl был указателем на целое число.

SIOCATMARK. Возвращает указатель на ненулевое значение в качестве третьего аргумента (его тип, как только что было сказано, — указатель на целое число), если указатель чтения сокета в настоящий момент находится на отметке внеполосных данных (out-of-band mark), или указатель на нулевое значение, если указатель чтения сокета не находится на этой отметке. Более подробно внеполосные данные (out-of-band data) рассматриваются в главе 24. POSIX заменяет этот вызов функцией sockatmark, и мы рассматриваем реализацию этой новой функции с использованием функции ioctl в разделе 24.3.

SIOCGRP. Возвращает в качестве третьего аргумента указатель на целое число — идентификатор процесса или группы процессов, которым будут посылаться сигналы SIGIO или SIGURG по окончании выполнения асинхронной операции или при появлении срочных данных. Этот вызов идентичен вызову F_GETOWN функции fcntl, и в табл. 7.9 мы отмечали, что POSIX стандартизирует функцию fcntl.

SIOCSPGRP. Задает идентификатор процесса или группы процессов для отсылки им сигналов SIGIO или SIGURG как целое число, на которое указывает третий аргумент. Этот вызов идентичен вызову F_SETOWN функции fcntl, и в табл. 7.9 мы отмечали, что POSIX стандартизирует функцию fcntl.

17.4. Операции с файлами

Следующая группа вызовов начинается с FIO и может применяться к определенным типам файлов в дополнение к сокетам. Мы рассматриваем только вызовы, применимые к сокетам [128, с. 553].

Следующие пять вызовов требуют, чтобы третий аргумент функции ioctl указывал на целое число.

FIONBIO. Флаг отключения блокировки при выполнении операций ввода-вывода сбрасывается или устанавливается в зависимости от третьего аргумента функции ioctl. Если этот аргумент является пустым указателем, то флаг сбрасывается (блокировка разрешена). Если же третий аргумент является указателем на единицу, то включается неблокируемый ввод-вывод. Этот вызов обладает тем же действием, что и команда F_SETFL функции fcntl, которая позволяет установить или сбросить флаг O_NONBLOCK, задающий статус файла.

FIOASYNC. Флаг, управляющий получением сигналов асинхронного ввода-вывода ( SIGIO), устанавливается или сбрасывается для сокета в зависимости от того, является ли третий аргумент функции ioctl пустым указателем. Этот флаг имеет то же действие, что и флаг статуса файла O_ASYNC, который можно установить и сбросить с помощью команды F_SETFL функции ioctl.

FIONREAD. Возвращает число байтов, в настоящий момент находящихся в приемном буфере сокета, как целое число, на которое указывает третий аргумент функции ioctl. Это свойство работает также для файлов, каналов и терминалов. Более подробно об этом вызове мы рассказывали в разделе 14.7.

FIOSETOWN. Эквивалент SIOCSPGRP для сокета.

FIOGETOWN. Эквивалент SIOCGPGRP для сокета.

17.5. Конфигурация интерфейса

Один из шагов, выполняемых многими программами, работающими с сетевыми интерфейсами системы, — это получение от ядра списка всех интерфейсов, сконфигурированных в системе. Это делается с помощью вызова SIOCGIFCONF, использующего структуру ifconf, которая, в свою очередь, использует структуру ifreq. Обе эти структуры показаны в листинге 17.1 [1] .

1

Все исходные коды программ, опубликованные в этой книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com.