Jan Kończak

This page is read only. You can view the source, but not change it. Ask your administrator if you think this is wrong.
====== Wstęp – przypomnienia ======

\\

==== C++ ====
Większość przykładów w materiałach i programów pisanych na laboratoriach jest w C+%%%%+.\\
Stąd przypominam jak obsługiwać kompilator GCC / clang w Linuksie. 

Przykładowe polecenie do kompilacji przykładów ze strony:

<html><code>g++ --std=c++20 -Wall -O0 -g <html><span style="color:gray;">-pthread</span> -o example example.cpp</code></html>

|''c+%%%%+''|domyślny kompilator C+%%%%+. Zwykle link do ''g+%%%%+'' lub ''clang+%%%%+''|
|''c+%%%%+ zrodlo.cpp -o prog''|kompiluje plik ''zrodlo.cpp'' do programu ''prog''|
|''c+%%%%+ -Wall       z.cpp -o p''|włącza wszystkie(("Wszystkie" oznacza wybrany zbiór ostrzeżeń o nazwie wszystkie, poza ''-Wall'' warto też dodać ''-Wextra'' i rozważyć dodanie ''-pedantic''. Szczegóły w dokumentacji kompilatora [[https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Warning-Options.html|gcc]]/[[https://clang.llvm.org/docs/UsersManual.html#enabling-all-diagnostics|clang]])) ostrzeżenia kompilatora (''-W'' = warn, ''all'' = wszystkie)|
|''c+%%%%+ -O0 -g      z.cpp -o p''|wyłącza optymalizacje i dodaje do programu dane umożliwiające debugowanie|
|''c+%%%%+ --std=c+%%%%+20 z.cpp -o p''|włącza używanie standardu ISO C+%%%%+ z 2020 roku|
|<html><code><span style="color:gray;">c++ -pthread    z.cpp -o p</span></code></html>|<html><span style="color:gray;"></html>włącza obsługę wątków standardu POSIX \\ wymagane do wersji glibc ≤ 2.33 [[https://developers.redhat.com/articles/2021/12/17/why-glibc-234-removed-libpthread|[1]]] [[https://lists.gnu.org/archive/html/info-gnu/2021-08/msg00001.html|[2]]]<html></span></html>|

Przykładowy plik cmake:
<file cmake CMakeLists.txt>
cmake_minimum_required(VERSION 3.12)
project(projname)
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
    set(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug")
endif()
set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
find_package(Threads)
link_libraries(Threads::Threads)
add_executable(example1 example1.cpp)
add_executable(example2 example2.cpp)
# target_link_libraries(example2 Threads::Threads)
</file>
==== Obsługa plików w POSIX ====
Interface obsługi gniazd BSD jest bardzo zbliżony do API specyfikowanego przez POSIX do obsługi plików (który znacie z PSiW). \\ <html><small> BSD socket API został przyjęty jako standard przez większość systemów operacyjnych, m. inn. został bez większych zmian wpisany w standard POSIX.</small></html>

~~Zadanie.#~~ Napisz program który otworzy plik o nazwie 'date' i wypisze jego zawartość. Poniżej "pusty" plik źródłowy. Pomiń obsługę błędów. (Jeśli nie wiesz skąd wziąć plik ''date'', wpisz w konsolę: ''date>date'' .) \\ Do obsługi pliku i standardowego wejścia / wyjścia użyj funkcji ''open'', ''read'', ''write'' i ''close''. \\
Opis funkcji znajdziesz na stronach podręcznika systemowego (np. ''man open'').
<file cpp z1.cpp>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {
	
	return 0;
}
</file>

~~Zadanie.#~~ Co trzeba dodać do obsłużenia błędów?

==== Adresacja połączeń na warstwie transportu ====

~~Zadanie.#~~ Jakie adresy (numery) są potrzebne by móc przesłać wiadomość do konkretnego programu na wybranym komputerze?

Przypomnienie programów ''netcat'' / ''socat'' oraz programów ''netstat'' / ''ss'' ([[sk1:transport#monitorowanie_biezacych_polaczen|link do materiałów z SK1]])

~~Zadanie.#~~ Prześlij między sobą dowolny tekst używając programu ''netcat'' lub ''socat''

~~Zadanie.#~~ Nawiąż połączenie na port 13 (daytime) twojego komputera. \\ 
<html><small></html>Jeżeli używasz własnego komputera i port 13 nie odpowiada, uruchom i pozostaw działającą w osobnym terminalu komendę \\ ''socat tcp-listen:1313,fork,reuseaddr exec:date''   i do tego oraz dalszych ćwiczeń używaj port 1313.<html></small></html>

<html><small></html>Więcej informacji o "useful debugging and measurement tools":
[[http://www.ietf.org/rfc/rfc862.txt|echo]], [[http://www.ietf.org/rfc/rfc863.txt|discard]], [[http://www.ietf.org/rfc/rfc864.txt|chargen]], [[http://www.ietf.org/rfc/rfc865.txt|qotd]], [[http://www.ietf.org/rfc/rfc867.txt|daytime]]<html></small></html>

====== Sockets ======

==== BSD sockets ====

Gniazdo (socket) – interfejs między systemem operacyjnym a programem użytkownika używany do dwukierunkowej komunikacji poza program.\\
<html><small></html>Porównaj z: FIFO (named pipe, nazwany potok; było na SOP i PSiW)<html></small></html>

API stworzone dla systemu BSD zostało przyjęte przez praktycznie wszystkie systemy operacyjne (POSIX socket API, WinSock).

Po więcej informacji o BSD Socket API zajrzyj na [[https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_sockets]].

''man 7 socket tcp udp''\\
<html><small></html>Ekstra: ''man 7 pipe'' – przypomnienie potoków; ''man 7 unix'' – unix sockets – wykorzystanie gniazd do komunikacji międzyprocesowej<html></small></html>

==== [ekstra] Kolejność bajtów (i bitów) ====

W jakiej kolejności są wysyłane bajty danych i dlaczego to jest ważne.

<html><small style="color:gray;"></html>
Przykład wysłania liczby 0x010F, czyli 271, czyli 0b0000000100001111
|byte order\bit order|MSB first|LSB first| | |
|little endian|0000111100000001|1111000010000000| x86/x86_64 |<html><div style="margin-top:1em">ARM, IA-64 (Itanium), SPARC≥v9, RISC-V</div></html>|
|big endian|0000000100001111|1000000011110000|Motorola 68k, SPARC<v9, z/Arch| :::|
| |  I²C, SDH  |  Ethernet, RS232, USB  | |
MSB/LSB first – to głównie problem producentów sprzętu.
Little/big endian - to problem programistów.\\
[[https://en.wikipedia.org/wiki/Bit_numbering#Most-significant_versus_least-significant_bit_first]]
[[https://pl.wikipedia.org/wiki/Kolejność_bajtów]]
<html></small></html>

Sieciowa kolejność bajtów (networking byte order) to BE – odwrotnie niż na x86 [[https://en.wikipedia.org/wiki/Endianness#Networking]]
<code cpp>
uint16_t hostEndianessPort = 13;
uint16_t networkEndianessPort = htons(hostEndianessPort);
</code>
Opis funkcji pomocniczych – patrz ''man byteorder''

==== Zapis adresu gniazda ====

**Protokół** trzeba podać na etapie tworzenia gniazda.
**Adres IP** oraz **numer portu** (<html><small>lub ścieżkę dla gniazd unix</small></html>) trzeba podać w odpowiedniej strukturze.

Do przekazywania adresu gniazda funkcje wymagają wskaźnika na strukturę **''sockaddr''** (w C – ''struct sockaddr'').
Ta struktura nie pozwala na bezpośrednie wykorzystanie. Zamiast tego dla IPv4 należy używać **''sockaddr_in''** (w C – ''struct sockaddr_in'')

Opis struktury – patrz ''man sockaddr'', ''man 7 ip'' i ''man netinet_in.h''

<html><small></html>
C nie pozwala na dziedziczenie, więc zamiast tego ([[https://en.wikipedia.org/wiki/Type_punning#Sockets_example]]) struktura ''sockaddr'' ma kilka "specjalizacji" dla konkretnej rodziny adresów:
<html><div style="margin-top:-1.4em"></div></html>
  *''sockaddr_in'' (INET, czyli IPv4)
  *''sockaddr_in6'' (INET6, czyli IPv6)
  *''sockaddr_un'' (dla unix socket).
<html></small></html>

==== "Hello world" ====

~~Zadanie.#~~ Zmień program do odczytu pliku tak, by zamiast funkcji ''open(…)'':
  * tworzył funkcją ''socket(…)'' gniazdo:
    * domeny komunikacyjnej protokołu IPv4 – stała ''PF_INET'' (zamiennie ''AF_INET'') 
    * typu strumieniowego – stała ''SOCK_STREAM'' (czyli TCP)  
    * protokołu TCP – stała ''IPPROTO_TCP'' (można też podać ''0'', oznaczające domyślny protokół)
  * wypełniał strukturę ''sockaddr_in'' (zdefiniowaną w pliku nagłówkowym ''netinet/in.h''):
    * rodzina adresów IPv4 – stała ''AF_INET''
    * port – 13 (port usługi daytime; pamiętaj o porządku bajtów - ''htons'')
    * adres IP – 127.0.0.1 (localhost, do konwersji użyj ''inet_addr'' lub ''inet_aton''); \\ można też ustawić adres na stałą ''htonl(INADDR_LOOPBACK)''. \\  <html><small></html> Uwaga: ''.sin_addr'' to struktura typu ''in_addr'' z jedną składową ''.s_addr'' typu ''uint32_t'' \\ ''inet_aton'' przyjmuje wskaźnik na strukturę, natomiast ''inet_addr'' zwraca liczbę którą trzeba przypisać składowej ''.s_addr'': \\ <code cpp>sockaddr_in nazwa_zmiennej;
wersja 1: nazwa_zmiennej.sin_addr.s_addr = inet_addr("8.8.8.8");
wersja 2: inet_aton("8.8.8.8", &nazwa_zmiennej.sin_addr);
</code> <html></small></html>
  * łączył się z użyciem powyższej struktury – funkcja ''connect(…)'' 
    * funkcja ''connect'' oczekuje ''sockaddr*'' zamiast ''sockaddr_in*'' – wymagane rzutownaie
    * trzeci argument funkcji connect to rozmiar struktury opisującej adres – ''sizeof()'' zmiennej lub typu
  * przed wywołaniem funkcji ''close()'' zamykał połączenie funkcją ''shutdown()''; \\ <html><small></html>w funkcji ''shutdown()'' można osobno zakończyć nadawanie i odbiór, drugi argument określa co zakończyć –  ''SHUT_RD'' /  ''SHUT_WR'' / ''SHUT_RDWR''<html></small></html>
Opis funkcji znajdziesz w podręczniku systemowym (''man 3 …'' / ''man 3p …'')\\
Potrzebne pliki nagłówkowe to:
<code cpp>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
</code>

~~Zadanie.#~~ Przekształć poprzedni program tak, by czytał z adresu IP i portu podanego w argumentach programu.

~~Zadanie.#~~ Dodaj do programu obsługę błędów zwracanych przez funkcje ''connect'' i ''read''.

~~Zadanie.#~~ Zmień IP na losowe (tak, by nie odpowiadało na próbę połączenia). Programem ''netstat -tnp'' / ''ss -tnp'' wyświetl utworzone połączenie.

==== Funkcje send/recv/… ====

Poza funkcją ''read(…)'' do odbierania danych można używać funkcji ''recv'',
<small> ''recvfrom'' i ''recvmsg''</small>, przy czym ''read(fd, buf, len)'' jest
równoważne ''recv(fd, buf, len, 0)'' i ''recvfrom(sockfd, buf, len, 0, NULL, NULL)''. \\
Podobnie poza funkcją ''write'' do wysyłania można używać też funkcji ''send'',
<small>''sendto'' i ''sendmsg''</small>, analogicznych do powyższych. \\
Dodatkowy argument ''recv''/''send'' (pole flag) pozwala na zmianę zachowania
tych funkcji i będzie omawiany później.\\
<small>
''recvfrom'' i ''sendto'' mają dodatkowe pole na adres nadawcy/odbiorcy i są
przeznaczone dla protokołów warstwy transportowej pozwalających na komunikację
po jednym gnieździe z wieloma partnerami. Będą omawiane przy obsłudze UDP.
</small>

~~Zadanie.#~~ Zmień program tak, by zamiast ''read(…)'' używał funkcji ''recv(…)''

<small>
~~Zadanie.#~~ Przed wywołaniem ''connect'' ustal lokalny adres funkcją ''bind''. Powtórz zadanie 8 i 9.
</small>