Книга: UNIX: разработка сетевых приложений

11.18. Функции, допускающие повторное вхождение

11.18. Функции, допускающие повторное вхождение

Функция gethostbyname из раздела 11.3 имеет интересную особенность, которую мы еще не рассматривали: она не допускает повторное вхождение (nonreentrant). Мы еще столкнемся с этой проблемой в главе 23, когда будем обсуждать потоки, но не менее интересно найти решение этой проблемы сейчас, без необходимости обращаться к понятию потоков.

Сначала посмотрим, как эта функция работает. Если мы изучим ее исходный код (это несложно, поскольку исходный код для всей реализации BIND свободно доступен), то увидим, что обе функции — и gethostbyname, и gethostbyaddr — содержатся в одном файле, который имеет следующий вид:

static struct hostent host; /* здесь хранится результат */
struct hostent*
gethostbyname(const char *hostname) {
 return(gethostbyname2(hostname, family));
}
struct hostent*
gethostbyname2(const char *hostname, int family) {
 /* вызов функций DNS для запроса А или AAAA */
 /* заполнение структуры адреса узла */
 return(&host);
}
struct hostent*
gethostbyaddr(const char *addr, size_t len, int family) {
 /* вызов функций DNS для запроса PTR в домене in-addr.arpa */
 /* заполнение структуры адреса узла */
 return(&host);
}

Мы выделили полужирным шрифтом спецификатор класса памяти static итоговой структуры, потому что основная проблема в нем. Тот факт, что эти три функции используют общую переменную host, представляет другую проблему, которую мы обсудим в упражнении 11.1. (Вспомните табл. 11.4.) Функция gethostbyname2 появилась в BIND 4.9.4 с добавлением поддержки IPv6. Мы будем игнорировать тот факт, что когда мы вызываем функцию gethostbyname, задействуется функция gethostbyname2, поскольку это не относится к предмету обсуждения.

Проблема повторного вхождения может возникнуть в нормальном процессе Unix, вызывающем функцию gethostbyname или gethostbyaddr и из управляющего элемента главного потока, и из обработчика сигнала. Когда вызывается обработчик сигнала (допустим, это сигнал SIGALRM, который генерируется раз в секунду), главный поток управляющего элемента процесса временно останавливается и вызывается функция обработки сигнала. Рассмотрим следующую ситуацию:

main() {
 struct hostent *hptr;
 ...
 signal(SIGALRM, sig_alrm);
 ...
 hptr = gethostbyname( ... );
 ...
}
void
sig_alrm(int signo) {
 struct hostent *hptr;
 ...
 hptr = gethostbyname( ... );
 ...
}

Если главный поток управления в момент остановки находится в середине выполнения функции gethostbyname (допустим, функция заполнила переменную host и должна сейчас возвратить управление), а затем обработчик сигналов вызывает функцию gethostbyname, то поскольку в процессе существует только один экземпляр переменной host, эта переменная используется снова. При этом значения переменных, вычисленные при вызове из главного потока управления, заменяются значениями, вычисленными при вызове из обработчика сигнала.

Если мы посмотрим на функции преобразования имен и адресов, представленные в этой главе и в главе 9, вместе с функциями inet_XXX из главы 4, мы заметим следующее:

? Функции gethostbyname, gethostbyname2, gethostbyaddr, getservbyname и getservbyport традиционно не допускают повторного вхождения, поскольку все они возвращают указатель на статическую структуру.

Некоторые реализации, поддерживающие программные потоки (Solaris 2.x), предоставляют версии этих четырех функций, допускающие повторное вхождение, с именами, оканчивающимися суффиксом _r. О них рассказывается в следующем разделе.

В качестве альтернативы некоторые реализации с поддержкой программных потоков (Digital Unix 4.0 и HP_UX 10.30) предоставляют версии этих функций, допускающие повторное вхождение за счет использования собственных данных программных потоков.

? Функции inet_pton и inet_ntop всегда допускают повторное вхождение.

? Исторически функция inet_ntoa не допускает повторное вхождение, но некоторые реализации с поддержкой потоков предоставляют версию, допускающую повторное вхождение, которая строится на основе собственных данных потоков.

? Функция getaddrinfo допускает повторное вхождение, только если она сама вызывает функции, допускающие повторное вхождение, то есть если она вызывает соответствующую версию функции gethostbyname или getservbyname для имени узла или имени службы. Одной из причин, по которым вся память для результатов ее выполнения выделяется динамически, является возможность повторного вхождения.

? Функция getnameinfo допускает повторное вхождение, только если она сама вызывает такие функции, то есть если она вызывает соответствующую версию функции gethostbyaddr для получения имени узла или функции getservbyport для получения имени службы. Обратите внимание, что обе результирующих строки (для имени узла и для имени службы) размещаются в памяти вызывающим процессом, чтобы обеспечить возможность повторного вхождения.

Похожая проблема возникает с переменной errno. Исторически существовало по одной копии этой целочисленной переменной для каждого процесса. Если процесс выполняет системный вызов, возвращающий ошибку, то в этой переменной хранится целочисленный код ошибки. Например, функция close из стандартной библиотеки языка С может выполнить примерно такую последовательность действий:

? поместить аргумент системного вызова (целочисленный дескриптор) в регистр;

? поместить значение в другой регистр, указывая, что был сделан системный вызов функции close;

? активизировать системный вызов (переключиться на ядро со специальной инструкцией);

? проверить значение регистра, чтобы увидеть, что произошла ошибка;

? если ошибки нет, возвратить (0);

? сохранить значение какого-то другого регистра в переменной errno;

? возвратить (-1).

Прежде всего заметим, что если ошибки не происходит, значение переменной errno не изменяется. Поэтому мы не можем посмотреть значение этой переменной, пока мы не узнаем, что произошла ошибка (обычно на это указывает возвращаемое функцией значение -1).

Будем считать, что программа проверяет возвращаемое значение функции close и затем выводит значение переменной errno, если произошла ошибка, как в следующем примере:

if (close(fd) < 0) {
 fprintf(stderr, "close error, errno = $dn", errno);
 exit(1);
}

Существует небольшой промежуток времени между сохранением кода ошибки в переменной errno в тот момент, когда системный вызов возвращает управление, и выводом этого значения программой. В течение этого промежутка другой программный поток внутри процесса (то есть обработчик сигналов) может изменить значение переменной errno. Если, например, при вызове обработчика сигналов главный поток управления находится между close и fprintf и обработчик сигналов делает какой-то другой системный вызов, возвращающий ошибку (допустим, вызывается функция write), то значение переменной errno, записанное при вызове функции close, заменяется на значение, записанное при вызове функции write.

При рассмотрении этих двух проблем в связи с обработчиками сигналов одним из решений проблемы с функцией gethostbyname (возвращающей указатель на статическую переменную) будет не вызывать из обработчика сигнала функции, которые не допускают повторное вхождение. Проблемы с переменной errno (одна глобальная переменная, которая может быть изменена обработчиком сигнала) можно избежать, перекодировав обработчик сигнала так, чтобы он сохранял и восстанавливал значение переменной errno следующим образом:

void sig_alrm(int signo) {
int errno_save;
errno_save = errno; /* сохраняем значение этой переменной
                       при вхождении */
if (write( ... ) != nbytes)
 fprintf(stderr, "write error, errno = %dn", errno);
 errno = errno_save; /* восстанавливаем значение этой переменной
                        при завершении */
}

В этом коде мы также вызываем функцию fprintf, стандартную функцию ввода-вывода, из обработчика сигнала. Это еще одна проблема повторного вхождения, поскольку многие версии функций стандартной библиотеки ввода-вывода не допускают повторного вхождения: стандартные функции ввода-вывода не должны вызываться из обработчиков сигналов.

Мы вернемся к проблеме повторного вхождения в главе 26 и увидим, как проблема с переменной errno решается с помощью потоков. В следующем разделе описываются некоторые версии функций имен узлов, допускающие повторное вхождение.

Оглавление книги