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1、第十章第十章 应用进程跨越网络的通信应用进程跨越网络的通信10.1 系统调用和应用编程接口系统调用和应用编程接口n大多数操作系统使用大多数操作系统使用系统调用系统调用(system call)的的机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。n对程序员来说，每一个系统调用和一般程序设对程序员来说，每一个系统调用和一般程序设计中的函数调用非常相似，只是系统调用是将计中的函数调用非常相似，只是系统调用是将控制权传递给了操作系统。控制权传递给了操作系统。 多个应用进程使用系统调用的机制多个应用进程使用系统调用的机制 应用程序 1应用程序 2应用程序 n由应用程序调用
2、的系统函数用户地址空间中的应用程序系统调用接口系统地址空间中的协议软件包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核应用编程接口应用编程接口 API(Application Programming Interface) n当某个应用进程启动系统调用时，控制权就从应用进程当某个应用进程启动系统调用时，控制权就从应用进程传递给了系统调用接口。传递给了系统调用接口。n此接口再将控制权传递给计算机的操作系统。操作系统此接口再将控制权传递给计算机的操作系统。操作系统将此调用转给某个内部过程，并执行所请求的操作。将此调用转给某个内部过程，并执行所请求的操作。n内部过程一旦执行完毕，控制权就又通过系统调用接口内
3、部过程一旦执行完毕，控制权就又通过系统调用接口返回给应用进程。返回给应用进程。n系统调用接口实际上就是应用进程的控制权和操作系统系统调用接口实际上就是应用进程的控制权和操作系统的控制权进行转换的一个接口，即应用编程接口的控制权进行转换的一个接口，即应用编程接口 API。 几种应用编程接口几种应用编程接口 API nBerkeley UNIX 操作系统定义了一种操作系统定义了一种 API，它又称为插口接口它又称为插口接口(socket interface)。n微软公司在其操作系统中采用了插口接口微软公司在其操作系统中采用了插口接口 API，形成了一个稍有不同的，形成了一个稍有不同的 API，并称
4、之为，并称之为 Windows Socket。nAT&T 为其为其 UNIX 系统系统 V 定义了一种定义了一种 API，简写为简写为 TLI (Transport Layer Interface)。 应用进程通过插口接入到网络应用进程通过插口接入到网络 TCPTCP应用进程因特网由操作系统控制插口，又称为 API插口的作用插口的作用 n当当应应用用进进程程需需要要使使用用网网络络进进行行通通信信时时就就发发出出系系统统调调用用，请请求求操操作作系系统统为为其其创创建建“插插口口”，以以便便把把网网络络通通信信所所需需要要的的系统资源系统资源分配给该应用进程。分配给该应用进程。n操操作作系系统
5、统为为这这些些资资源源的的总总和和用用一一个个号号码码来来表表示示，并并把把此此号号码码返返回回给给应应用用进进程程。应应用用进进程程所所进进行行的的网网络络操操作作都都必必须须使使用这个号码。用这个号码。n通通信信完完毕毕后后，应应用用进进程程通通过过一一个个关关闭闭插插口口的的系系统统调调用用通通知知操作系统回收与该操作系统回收与该“号码号码”相关的所有资源。相关的所有资源。插口和插口和 API 不同不同n插口是应用进程和网络之间的接口，因为插口既包含有运插口是应用进程和网络之间的接口，因为插口既包含有运输层与应用层之间的端口号，又包含有机器的输层与应用层之间的端口号，又包含有机器的 IP
6、 地址。地址。n插口和应用编程接口插口和应用编程接口 API 是性质不同的接口。是性质不同的接口。nAPI 是从程序设计的角度定义了许多标准的系统调用函数。是从程序设计的角度定义了许多标准的系统调用函数。应用进程只要使用标准的系统调用函数就可得到操作系统应用进程只要使用标准的系统调用函数就可得到操作系统的服务。的服务。n在这个意义上讲，在这个意义上讲，API 是应用程序和操作系统之间的接口。是应用程序和操作系统之间的接口。 应当记住应当记住 n在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的 TCP 协议软件以及协议软件以及 TCP 使用的缓
7、存和一些必要的变量等，使用的缓存和一些必要的变量等，则是受计算机操作系统的控制。则是受计算机操作系统的控制。n只要应用程序使用只要应用程序使用 TCP/IP 协议进行通信，它就必须通过协议进行通信，它就必须通过插口与操作系统交互并请求其服务。插口与操作系统交互并请求其服务。n应用程序的开发者对插口以上的应用进程具有完全的控制，应用程序的开发者对插口以上的应用进程具有完全的控制，但对插口以下的运输层却只有少量的控制。但对插口以下的运输层却只有少量的控制。 10.2 服务器的两种工作方式服务器的两种工作方式n服务器都可工作在两种不同的方式：服务器都可工作在两种不同的方式：n循循环环方方式式(ite
8、rative mode)在在计计算算机机中中一一次次只只运运行行一一个个服服务务器器进进程程。当当有有多多个个客客户户进进程程请请求求服服务务时时，服服务务器进程就按请求的先后顺序依次做出响应。器进程就按请求的先后顺序依次做出响应。n并并发发方方式式(concurrent)在在计计算算机机中中同同时时运运行行多多个个服服务务器器进进程程，而而每每一一个个服服务务器器进进程程都都对对某某个个特特定定的的客客户户进进程做出响应。程做出响应。无连接循环服务器无连接循环服务器n使用无连接的使用无连接的 UDP 的服务器通常都工作在循环方式的服务器通常都工作在循环方式 一个服务器在同一时间只能向一个客户
9、提供服务。一个服务器在同一时间只能向一个客户提供服务。n服务器收到客户的请求后，就发送服务器收到客户的请求后，就发送 UDP 用户数据报响应用户数据报响应该客户。但对其他客户发来的请求则暂时不予理睬，这该客户。但对其他客户发来的请求则暂时不予理睬，这些请求都在服务器端的队列中排队等候服务器的处理。些请求都在服务器端的队列中排队等候服务器的处理。n当服务器进程处理完毕一个请求时，就从队列中读取来当服务器进程处理完毕一个请求时，就从队列中读取来自下一个客户的请求，然后继续处理。自下一个客户的请求，然后继续处理。 无连接循环服务器的特点无连接循环服务器的特点 UDP服务器UDP客户临时端口熟知端口U
10、DP客户临时端口UDP客户临时端口一次一个客户服务器只使用一个熟知端口。每一个客户则使用自己创建的临时端口（端口号自己设定）。 面向连接并发服务器面向连接并发服务器n服务器在同一时间可向多个客户提供服务。服务器在同一时间可向多个客户提供服务。nTCP 是面向连接的，因此在服务器和多个客户之间必是面向连接的，因此在服务器和多个客户之间必须建立多条须建立多条 TCP 连接，而每一条连接，而每一条 TCP 连接要在其数连接要在其数据传送完毕后才能释放。据传送完毕后才能释放。n使用使用 TCP 的服务器只能有一个熟知端口。因此主服务的服务器只能有一个熟知端口。因此主服务器在熟知端口等待客户发出的请求。
11、一旦收到客户的器在熟知端口等待客户发出的请求。一旦收到客户的请求，就立即创建一个从属服务器，并指明从属服务请求，就立即创建一个从属服务器，并指明从属服务器使用临时端口和该客户建立器使用临时端口和该客户建立 TCP 连接，然后主服务连接，然后主服务器继续在原来的熟知端口等待向其他客户提供服务。器继续在原来的熟知端口等待向其他客户提供服务。 面向连接并发服务器的特点面向连接并发服务器的特点 TCPTCP客户临时端口临时端口TCP客户临时端口TCP客户临时端口主服务器TCP 连接熟知端口仅用于接受服务请求创建从属服务器主服务器有时又称为父服务器，而从属服务器又称为子服务器。 10.3 进程通过系统调
12、用接口进行通信的过程进程通过系统调用接口进行通信的过程1. 无连接循环服务器无连接循环服务器 服务器recvfrom()socket()bind()recvfrom()无限制重复socket()若需要就重复sendto()进程sendto()close()客户请求响应2. 面向连接并发服务器面向连接并发服务器 服务器read()socket()bind()accept()无限制重复socket()若需要就重复write()进程close()接受close()客户请求响应listen()fork()connect()write()read()close()监听若需要就重复连接请求主服务器close()接受从属服务器
