Jan Kończak

Metoda 1: (do użycia tylko jeśli rozmiar wiadomości jest wysyłany na początku lub jest z góry znany)

• program dla każdego połączenia trzyma:
  • bufor
  • pozycję gdzie pisać do bufora
  • informację o rozmiarze wiadomości
• program odbiera informację o wielkości wiadomości
• dane są odbierane do zapełnienia bufora
• po zapełnieniu wywoływana jest funkcja tworząca wiadomość z bufora

Metoda 2:

• przygotowuje się obiekt/funkcję parsującą strumieniowe dane, która:
  • przyjmuje porcję danych dowolnego rozmiaru
  • wywoływana jest wielokrotnie dla kolejnych porcji danych
  • analizuje dane które przyszły
  • pamięta w jakim stanie się znajduje
  • po przygotowaniu całych wiadomości zwraca je lub wywołuje funkcję do obsługi wiadomości
  • przykład #1: funkcja dodaje kolejną porcję do bufora, następnie dopóki w buforze znajdzie znak końca wiadomości usuwa gotową wiadomość z bufora
    przykład #2: funkcja buduje na bieżąco strukturę danych reprezentującą przychodzący json
    przykład #3: funkcja odbiera nazwy, rozmiar i zawartość kolejnych plików i zapisuje je na bieżąco na dysk
• dane są odbierane w takich procjach jak przychodzą i są przekazywane powyższej funkcji

Zmieniając wiadomości (struktury / obiekty w języku programowania) w dane do wysłania w sieć (ciąg bajtów) (=serializacja) i na odwrót (=deserializacja), można:

• ręcznie stworzyć odpowiednie funkcje
• wykorzystać biblioteki / narzędzia automatycznie serializujące dane do:
  • postaci binarnej
  • standardowych formatów - json, xml

Zwykle przygotowując ręcznie funkcję serializującą / deserializującą wiadomość:

• na początku wiadomości umieszcza się informację o jej typie i wspólne dla wszystkich wiadomości pola
• przy deserializacji po przeczytaniu typu wywołuje się metodę budującą konkretny rodzaj wiadomości
• przy polach zmiennej długości albo na początku umieszcza się ich długość, albo na końcu ogranicznik (delimiter)
• tworzy się testy jednostkowe które sprawdzają poprawność przygotowanych metod

Metoda 1:

• program dla każdego połączenia trzyma listę wiadomości do wysłania (listę na którą składa się bufor, rozmiar i pozycja)
• wysyłanie:
  1. jeśli lista wiadomości do wysłania nie jest pusta:
     1. dodaj na koniec listy
     2. oceń czy połączenie nie zostało zerwane, jeśli tak sądzisz – obsłuż to
     3. skończ
  2. wyślij nieblokująco ile się da; jeśli wysłano wszystko, skończ
  3. dodaj resztę wiadomości do listy wiadomości do wysłania
  4. zażądaj czekania na zdarzenie zapisu
• obsługa zdarzenia "można pisać":
  1. wyślij nieblokująco wszystko co się da (pamiętaj o zwalnianiu pamięci)
  2. jeśli wysłano wszystko – przestań czekać na zdarzenie zapisu
• jeśli program potrzebuje pisać z wielu wątków, potrzeba jest synchronizacja (zamek) na obsługę zapisów

Metoda 2:

• dla każdego połączenia trzymany jest wątek do wysyłania, lista wiadomości, zamek i zmienna warunkowa
• wątek przeznaczony na wysłanie danych w pętli wykonuje:
  1. zajmuje zamek
  2. dopóki lista jest pusta czeka na zmiennej warunkowej
  3. bierze kolejną wiadomość z listy
  4. zwalnia zamek
  5. wysyła blokująco wiadomość
• aby wysłać należy:
  1. zająć zamek
  2. wrzucić wiadomość na listę
  3. ocenić czy połączenie nie zostało zerwane, jeśli tak – obsłużyć
  4. wybudzić zmienną warunkową (warunkowo – jeśli na liście jest tylko świeżo dodana wiadomość)
  5. zwolnić zamek

Do oceny przy wysyłaniu czy połączenie zostało zerwane można sprawdzić:

• czas od ostatniego udanego write() (trzeba go wcześniej zapisać)
• ile wiadomości czeka na wysłanie
• ile łącznie danych (w bajtach) czeka na wysłanie

Zadanie 1. W plikach ctr_srv.cpp i ctr_cli.cpp znajduje się odpowiednio serwer i przykładowy klient usługi 'licznika'.

• Przeczytaj kod metody main() w serwerze i przetestuj program netcatem
• Przeczytaj kod metody main() i doWork() klienta. Jakiego stanu licznika spodziewałby się naiwny programista po przerwaniu programu klienta?
• Serwer i klient nie radzą sobie ze sklejaniem się wiadomości czy odebraniem tylko części wiadomości w wywołaniu read(). Popraw kod.

Przy programach nie wymagających wysokiej wydajności zwykle szuka się rozwiązań wymagających jak najmniej czasu od programisty - czyli szuka się bibliotek które robią większość rzeczy za programistę.

Dla osiągnięcia wysokiej wydajności zaleca się korzystanie z wydajnych, zwykle niskopoziomowych mechanizmów - albo bezpośrednio, albo za pomocą bibliotek nastawionych na wydajność (a nie wygodę użytkownika). Takie biblioteki są dostępne na różnym poziome abstrakcji, porównaj np. boost asio i libevent). Wysokowydajne mechanizmy niskopoziomowe to:

• Linux: epoll (omawiany na zajęciach)
• *.BSD / MacOS: kqueue
• MS Windows: IOCP

Wiele usług sieciowych korzysta z ustandaryzowanych protokołów wymiany wiadomości, np. REST czy SOAP

Dostępnych też jest wiele middleware (warstw pośredniczących) które pozwalają programiście używać sieci bez pisania kodu obsługującego sieć, np:

• RPC / RMI
• MPI
• Message Queue
• model aktorów

Często w komunikacji sieciowej korzysta się z dodatkowych warstw abstrakcji między TCP a wiadomościami aplikacyjnymi do osiągnięcia:

• bezpieczeństwa (integralności, poufności, autentyczności) wykorzystując SSL lub TLS
• kompresji danych (o ile dane dają się kompresować) wykorzystując np. deflate, zlib, lz4, zstd

Aplikacje korzystające z sieci powinny dodatkowo zostać przetestowane pod kątem:

• wytrzymałości na obciążenie - load testing
• bezpieczeństwa i odporności na ataki