Kernel- und Treiberprogrammierung mit dem Kernel 2.6 - Folge 15

TCP/IP im Userspace

Die Kommunikation mit der Internet-Standardprotokollfamilie TCP/IP funktioniert nach dem Client-Server-Prinzip. Der Client addressiert einen Server über die Kombination von IP-Adresse und Port, der Server wartet auf die Anfrage eines Clients. Ist es so weit, erzeugt er einen neuen Socket, über den der Datentransfer abläuft. Parallel dazu nimmt der Server bereits die nächste Anfrage entgegen (siehe Abbildung 1).

Um einen Userspace-Server zu programmieren, kommen überlicherweise die Funktionen »socket()«, »bind()«, »listen()« und »accept()« zum Einsatz. Der Client baut eine Verbindung über »socket()« und »connect()« auf (Abbildung 2).

Der Aufruf von »socket()« richtet einen Kommunikationsendpunkt ein, der als Socket bezeichnet wird. Die Funktion »bind()« weist dem Socket einen Port zu, der dem Client bekannt sein muss. Für einige Applikationen sind die Ports festgelegt (siehe die Datei »/etc/services«). So steht die Portnummer 80 für den HTTP-Service, also das übliche WWW-Protokoll. Der Aufruf von »listen()« legt die maximale Anzahl gleichzeitiger Verbindungen fest. Damit lässt sich die Gefahr einer Überlastung des Servers von vornherein minimieren.

»accept()« ist die Funktion, mit der der Server auf eine neue Verbindung wartet. Sobald ein Client per »connect()« eine Verbindung aufbaut, erzeugt diese Funktion einen neuen Socket, über den Client und Server Daten austauschen, meist über »read()« und »write()«. Mit dem ursprünglichen Socket wartet der Server auf die nächste Verbindung. Wird ein Socket nicht mehr benötigt, gibt die Funktion »close()« ihn wieder frei.

Listing 1: »echo.c«

39 ...
40 static struct socket *socket_accept( struct socket *server )
41 {
42   struct socket *clientsocket=NULL;
43   struct sockaddr address;
44   int error, len;
45
46   if( server==NULL ) return NULL;
47   clientsocket = sock_alloc();
48   if( clientsocket==NULL ) return NULL;
49
50   clientsocket->type = server->type;
51   clientsocket->ops = server->ops;
52   error=server->ops->accept(server,
         clientsocket,0);
53   if( error<0 ) {
54     sock_release(clientsocket);
55     return NULL;
56   }
57   error=server->ops->getname(clientsocket,
58                          (struct sockaddr *)
         &address, &len,2);
59   if( error<0 ) {
60     sock_release(clientsocket);
61     return NULL;
62   }
63   printk(KERN_INFO "new connection (%d) from 
        %u.%u.%u.%un", error,
64      (unsigned char)address.sa_data[2],
65      (unsigned char)address.sa_data[3],
66      (unsigned char)address.sa_data[4],
67      (unsigned char)address.sa_data[5] );
68   return clientsocket;
69 }
70
71 static int server_send( struct socket *sock, unsigned char *buf, int len )
72 {
73   struct msghdr msg;
74   struct iovec iov;
75   mm_segment_t oldfs;
76
77   if( sock->sk==NULL )
78     return 0;
79   iov.iov_base = buf;
80   iov.iov_len  = len;
81   msg.msg_control = NULL;
82   msg.msg_controllen = 0;
83   msg.msg_iov        = &iov;
84   msg.msg_iovlen = 1;
85   msg.msg_flags = 0;
86
87   oldfs = get_fs();
88   set_fs( KERNEL_DS );
89   len = sock_sendmsg( sock, &msg, len );
90   set_fs( oldfs );
91
92   return len;
93 }
94
95 static int server_receive( struct socket *sptr, unsigned char *buf, int len )
96 {
97   struct msghdr msg;
98   struct iovec iov;
99   mm_segment_t oldfs;
100
101   if( sptr->sk==NULL )
102     return 0;
103   iov.iov_base = buf;
104   iov.iov_len  = len;
105   msg.msg_control = NULL;
106   msg.msg_controllen = 0;
107   msg.msg_iov       = &iov;
108   msg.msg_iovlen = 1;
109
110   oldfs = get_fs();
111   set_fs( KERNEL_DS );
112   len = sock_recvmsg( sptr, &msg, len, 0 );
113   set_fs( oldfs );
114
115   return len;
116 }
117 ...

Test mit Telnet

Haben Sie das Server-Modul »echo.c« übersetzt und mit »insmod echo.ko« geladen, sollten Sie sicherstellen, dass Sie den hier verwendeten Port 5555 nicht anderweitig verwenden oder durch eine Firewall geblockt haben. Dann geben Sie »telnet localhost 5555« ein. Der Aufruf kann natürlich auch von einem anderen Rechner aus erfolgen. In diesem Fall ist »localhost« durch den Rechnernamen des neuen Echoservers zu ersetzen.

Sie können jetzt Nachrichten eintippen, die nach jedem Return zum Server gesendet und von diesem zurückgeschickt werden. Telnet gibt die Antworten des Echoservers dann aus. Um die Verbindung zu beenden, verlassen Sie einfach das Telnet-Programm. Dazu geben Sie [Strg]+[ ]] gefolgt von »quit« ein. Die Verbindung wird ebenfalls abgebrochen, wenn Sie den Echoserver per »rmmod echo« aus dem Kernel entladen.

Um den Client zu testen, laden sie entweder das Servermodul oder verwenden den Standard-Echoserver im Userspace. Läuft der Internet-Superdaemon »xinetd«, setzen Sie in »/etc/xinet.d/echo« die Variable »disabled« auf »No« und schicken dem Server ein HUP-Signal. Dann müssen Sie allerdings auch im Sourcecode des Clients den Port auf »7« ändern.