Linux / Unix

	項目	日期
*	Environment
1	Ubuntu 上的 PPPoE 設定	2020/05/01
2	ssh 公鑰認證登入	2015/02/16
3	在 linux 中無法切換身份? (su: Permission denied)	2017/12/22
4	RHEL8 無法安裝套件 No match for argument: xxx	2022/03/27
5	install nfs server@Ubuntu	2023/11/08
*	Shell Scripting
1	使用 sort、join 處理 csv 檔案	2015/01/16
2	EBCDIC <=> ASCII 間的轉換	2015/01/17
*	C Programming
1	Linux Network Programming - 初體驗	2015/05/23
2	byte ordering functions	2015/05/26
3	fork Function	2015/06/06

concurrency programming

	分類	項目	日期
1	Java	java.util.concurrent.locks - 臨界區間的讀寫	2015/08/13
2	Java	java.util.concurrent - Future & Callable	2015/08/15
3	Java	java.util.concurrent - ExecutorService	2015/08/16
4	C	fork Function	2015/06/06
5	Design Pattern	Producer-Consumer Pattern	2015/10/17

fork Function

在「Advanced.Programming.in.the.UNIX.Environment, 3rd.Edition」一書中的8.3節 (p. 230)，有個小程式，如下，是用來說明 UNIX 環境中，使用 fork 產生子行程 (child process)，要注意的一些事，先看一下程式:

 1 #include <stdio.h>

 2 #include <unistd.h>
 3 
 4 int globvar = 6;
 5 char buf[] = "a write to stdout\n";
 6 
 7 int main(void) {
 8     int var;
 9     pid_t pid;
10 
11     var = 88;
12     if (write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf)-1) != sizeof(buf)-1)
13         printf("write error");
14     printf("before fork\n");
15 
16     if ((pid = fork()) < 0) {
17         printf("fork error");
18     }
19     else if (pid == 0) {
20         globvar++;
21         var++;
22     }
23     else {
24         sleep(2);
25     }
26 
27     printf("pid = %ld, getpid = %ld, glob = %d, var = %d\n", (long) pid, (long) getpid(), globvar, var);
28     _exit(0);
29 }

上面的程式很簡單的利用 fork 產生一個子行程，等待 2 秒後，印出一段訊息，顯示 fork 傳回值、行程的 pid (process id)、全域變數及區域變數，執行結果如下: (我的程式命名為 forEx01.c)

[steven@CentOS7 Debug]$ ./forkEx01
a write to stdout
before fork
pid = 0, getpid = 9214, glob = 7, var = 89
pid = 9214, getpid = 9213, glob = 6, var = 88
[steven@CentOS7 Debug]$ 

根據上述的執行結果，說明如下:

1. fork 函數會產生一個子行程，子行程會執行父行程 (parent process) fork 之後的指令。
2. fork 函數在父行程會傳回子行程的 pid，在子行程則傳回 0，子行程如果要得到父行程的 pid，可以透過 getppid 函數得到值。
3. 上面程式讓父行程睡 2 秒後再印出結果，所以第一個結果是子程式印出的，第二個結果是父行程印出的，通常確實是會得到如上的結果 (除了 pid、getpid 的值會不同之外)，但是，實際上有時會是父行程先印出，因為那個行程先執行，由 OS 決定，這裡父行程睡 2 秒只是增加子行程先執行的機率。
4. 上述程式的全域變數 (global variable) 和區域變數 (local variable) 於子行程中都被加 1，但是都沒有影響到父行程的值，這表示不管是全域變數或區域變數，父行程、子行程都不共用!
5. 子行程的輸出接在父行程 fork 前已輸出的內容之後，父行程後面的輸出又接在子行程的輸出之後，完全不會互相覆蓋，因為父行程和子行程會共享在 fork 之前已開啟的所有檔案描述符 (file descriptions)，也就是說兩個行程會共享這些檔案的檔案指標! 標準輸出是在父行程一開始執行時就被開啟的，所以會被兩個行程共享。

除了上述程式所展現的父行程、子行程關係外，另外針對行程的一些基本觀念整理如下:

1. UNIX 系統在系統啟動後，會啟動許多 process 來處理一些系統面的事，其中一個 pid 為 1 的 process 稱為 init process，是負責啟動和關閉系統。
2. 程式以 fork 啟動一個或數個子行程，當子行程結束後，父行程要負責將其佔用的資源都回收後，才可真正將其結束，在子行程已經執行完，但是父行程尚未將其資源回收前，這個子行程就稱為 zombie (僵屍)。
3. 如果父行程比子行程更早結束，子行程並不會被迫結束，而是會交由 init process 管理，也就是說，子行程的 ppid 會被改為 1，之後子行程結束，其資源會由 init process 進行回收。

byte ordering functions

前一篇「Linux Network Programming - 初體驗」目的很單純，就是快速的對 socket 有基本的認識，這一篇要說明 byte ordering 的問題及解決辦法!

在一般人的直覺裡，如果一個 short 有兩個 byte，在記憶體中應該就是由左到右放，就像寫字一樣，由左到右寫，那麼就會是高位元放在左、低位元放在右，這就是 big-endian byte order。可偏偏並非所有的電腦都是這麼放的! 有些電腦是低位元放在左，高位元放在右，這稱為 little-endian byte order。而 socket 的傳輸資料不管原來是什麼型別，傳輸過程一定會是以 byte array 的方式傳輸，接收端接收後，再依原先約定好的格式還原成各種型別。在網路上傳輸的 byte array 順序，是規範成 big-endian。

上圖是「Unix Netowrk Programming」的3.4節中的一個插圖，用來說明 big-endian 和 little-endian 的差別。在開始寫程式前，一定要先了解這些基本的知識，並且知道 C 提供了那些函式來解決這個問題!

回過頭去看前一篇的 server 程式，有如下一段程式碼:

22 servaddr.sin_family = AF_INET;
23 servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
24 servaddr.sin_port = htons(1513);

23、24行中呼叫的 htonl、htons 就是本篇要介紹的，他們會將如 1513、INADDR_ANY 這樣的常數值，轉成合乎網路傳輸所需要的值 (轉換後如果值改變的話，基本上就是高位元、低位元排列順序變了造成的!)。
兩個函式是 host to netowrk 的縮寫，l 和 s 就是 long 和 short，htonl 用來處理 32 位元的值，htons 用來處理 16 位元的值。要特別注意，就算是在 64 位元電腦上，htonl 還是只用來處理 32 位元的值!

Linux Network Programming - 初體驗

十幾年沒有寫 C 了，這可以說是重新學習，底下的程式是改寫自 W.Richard Stevens 的名著 - UNIX Network Programming Volume 1，改寫的原因有二:
(1) 在我的開發環境 scientific linux 7.0 上沒辦法正常 compile，可能是因為 Stevens 的程式是在 UNIX 上寫的，與 linux 上略有不同;
(2) Stevens 用 #define 將許多常用的函式重新定義，對於初學者來說，反而會被混淆，我將這些函式還原為原始函式。

這個程式有 client 和 server，server 先啟動，等待 client 連線，待 client 連線後回覆現在的系統時間，client 將收到的值印出。第一個程式是 server，第二個程式是 client。這裡會詳細說明每個函式，因為… 我是初學者...  XD

 1 #include <sys/socket.h>
 2 #include <sys/types.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <netinet/in.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <arpa/inet.h>
 8 #include <time.h>
 9 
10 const int MAXLINE = 100;
11 const int LISTENQ = 1024;
12 
13 int main(int argc, char **argv) {
14     int listenfd, connfd;
15     struct sockaddr_in servaddr;
16     char buff[MAXLINE];
17 
18     time_t ticks;
19     listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
20 
21     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
22     servaddr.sin_family = AF_INET;
23     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
24     servaddr.sin_port = htons(1513);
25 
26     bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
27     listen(listenfd, LISTENQ);
28 
29     for( ; ; ) {
30         connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) NULL, NULL);
31 
32         ticks = time(NULL);
33         snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
34         write(connfd, buff, strlen(buff));
35 
36         close(connfd);
37     }
38 
39 }

• 第 19 行: 建立一個 socket 連線，不管 client 或 server 程式，一開始都會呼叫這個函式，函式所需要的三個參數說明如下:
  • 第一個參數: AF_INET 表示要建立網際網路的 IPv4 socket 連線，除此之外還可以填入 AF_INET6 (IPv6) 或 AF_UNSPEC (同時可以用 IPv4 及 IPv6)，socket 函式及這幾個常數是定義在 socket.h 標頭檔裡，這也是為什麼第一行要引入這個標頭檔的原因，大部份的 socket 相關函式、常數都定義在這個標頭檔。
  • 第二個參數: 可以傳入的值有兩個 - SOCK_STREAM 及 SOCK_DGRAM，要建立 TCP 連線時傳入 SOCK_STREAM，要建立 UDP 連線時傳入 SOCK_DGRAM。
  • 第三個參數: 通常就是傳入 0，socket 將會選擇最適合的通訊協定，也就是第二個參數的說明，至於不傳入 0 時，用在什麼地方? 這個以後再說 (現在我也不知道)。
  • 傳回值: 錯誤時傳回 -1，正確傳回 0，C 語言的習慣就是正確傳回 0，錯誤則傳回錯誤代碼。
• 第 21 行: bzero 是將指定的位指空間全部清為 0，這不是 ANSI C 的標準函式，ANSI C 的標準函式是 memset，不過 bzero 大多數的平台也都有支援，定義在 string.h 裡。傳入的兩個參數如下:
  • 第一個參數: 要清為 0 的位址。
  • 第二個參數: 位址空間的長度。
• 第 22~24 行: 設定 server address 的值，這是在第 15 行宣告的變數，struct sockaddr_in 這個結構是為了在 bind 時傳入一些值，這三個值說明如下:
  • sin_family: 如 socket 的第二個參數說明的一樣，這是指要使用 TCP 通訊協定。
  • sin_addr.s_addr: 這裡指定為 INADDR_ANY 是使得任何位址連進來的 socket 連線都可以被接受，在設定前呼叫的 htonl 函式是為了讓值與平台無關，不同的 OS 有些字元排列順序高位元和低位元不一定相同，透過這個函式可以去除這種平台相依性，都轉為網路所規範的順序。
  • sin_port: 指定要 bind 到那個 port，htons 這個函式和 htonl 是一樣的，都是用來去除平台相依性，差別在於 htons 是用在 16 bits 的變數， htonl 是用在 32 bits 的變數。
• 第 26 行: bind 是將 socket 和 sockaddr 繫結起來的函式，表示第 19 行建立的 socket 連線，將會是允許任何位址連線，而將傾聽的 port 是 1513。
• 第 27 行: 開始傾聽，最大連線數是 LINTENQ 所定義的值，即 1024 條連線。
• 第 29 行: 這裡建立一個無窮迴圈，所以這個 server 會一直執行，直到使用者按 ctrl-C 為止。
• 第 30 行: server  會停在 accept 這裡等待 client 連線，參數說明如下:
  • 第一個參數: 透過傳入傾聽描述子 listenfd，將第 26、27 行傾聽的相關數據傳入。
  • 第二、三個參數: 待我弄懂了再補充  … XD
  • 傳回值: 建立連線後，傳回連線描述子 (connected descriptor)，這個描述子會用來與新的 client 連線進行通訊。
• 第 32 行: 取得目前的系統時間，這個 time 函式定義在 time.h 標頭檔裡。
• 第 33 行: snprintf 函式定義在 stdio.h 裡，和 sprintf 的最大差別在於 snprintf 的第二個參數指出了第一個參數的空間大小，可防止實際產生出來的字串長度超過第一個參數所宣告的空間。
• 第 34 行: 將結果寫出給 client，這裡可以看到第一個參數即是 accept 的傳回值，這樣就可以通知系統到底是要將資料傳給那個 client。
• 第 36 行: 關閉與 client 間的 socket 連線。

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/socket.h>
 3 #include <sys/types.h>
 4 #include <netinet/in.h>
 5 #include <strings.h>
 6 #include <arpa/inet.h>
 7 
 8 const int MAXLINE = 100;
 9 
10 void err_sys(const char* x, ...)
11 {
12     perror(x);
13     //exit(1);
14 }
15 
16 void err_quit(const char* x, ...)
17 {
18     perror(x);
19     //exit(1);
20 }
21 
22 int main(int argc, char **argv)
23 {
24     int sockfd, n;
25     char recvline[MAXLINE + 1];
26     struct sockaddr_in servaddr;
27 
28     if (argc != 2) {
29         err_quit("usage: a.out <IPaddress>");
30         return 1;
31     }
32 
33     if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
34         err_sys("socket error");
35         return 1;
36     }
37 
38     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
39     servaddr.sin_family = AF_INET;
40     servaddr.sin_port = htons(1513);
41     if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
42         err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);
43 
44     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
45         err_sys("connect error");
46 
47     while ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {
48         recvline[n] = 0;
49         if (fputs(recvline, stdout) == EOF)
50             err_sys("fputs error");
51     }
52 
53     if (n < 0) {
54         err_sys("read error");
55         return 1;
56     }
57 
58     return 0;
59 }

• 第 41 行: client 程式執行時，要帶入 server 的 IP，inet_pton 函式即是將 IP 的文字格式轉成接下來要呼叫的 connect 所需要的 binary 格式。
• 第 44 行: 呼叫 connect 連線到 server。
• 第 47 行: 使用 read 讀取 server 傳回的值，三個參數說明如下:
  • 第一個參數: socket 描述子，第 33 行建立 socket 連線時記錄下來的數值。
  • 第二個參數: 讀取的值要放入的空間。
  • 第三個參數: 放入的空間的最大長度值。
• 第 49 行: 將結果寫出到標準輸出裝置。

測試時，先執行 server 再執行 client，client 端顯示如下結果:

【日劇: Second Love】
在台灣播出時改名為「愛上女老師」，看這部日劇前，沒特別注意過深田恭子原來那麼偉大，而且都年過三十了，還那麼可愛，算是不簡單，許多人上了年紀還裝可愛，可是會被吐槽的，但是她不會。這部戲為什麼只有七集? 是因為收視率太低嗎? 這就不曉得了，但是除了結局太老套外，倒是還不錯看。