Section author: Vedran Miletić

Python: međuprocesna komunikacija: utičnice

  • BSD utičnice ili POSIX utičnice (engl. sockets), poznate i pod nazivima Berkeley sockets i Unix sockets, su de facto standardno sučelje za međuprocesnu komunikaciju lokalno i putem računalne mreže

  • podjela prema adresiranju (AF_*)

    • Unix domain sockets koriste datotečni sustav (obitelj adresa AF_UNIX)

    • Unix network sockets koriste IPv4 (obitelj adresa AF_INET) i IPv6 (obitelj adresa AF_INET6)

  • podjela prema pouzdanosti (SOCK_*)

    • datagramski (tip SOCK_DGRAM), kod TCP/IP-a koriste se za UDP

    • tokovni (tip SOCK_STREAM), kod TCP/IP-a koriste se za TCP

  • module socket (službena dokumentacija) nudi pristup BSD socket sučelju

    • koristi objekte tipa bytes u komunikaciji; kad šaljete objekte tipa str, za konverziju između tipova str i bytes koriste se str.encode() i bytes.decode()

      s1 = 'Bill Joy'
b1 = s1.encode() # b1 ima vrijednost b'Bill Joy'
b2 = b'uti\xc4\x8dnica' # u kodiranju UTF-8 0xc4 0x8d (c48d) je 'č'
s2 = b2.decode() # s2 ima vrijednost 'utičnica'

  • socket.AF_UNIX mrežne utičnice formalno koriste datotečni sustav kao prostor adresa (interna implementacija je efikasnija od pisanja i čitanja iz datoteka)

    • procesi međusobno mogu slati podatke i opisnike datoteka; mi ćemo se ograničiti na slanje podataka, a Keith Packard u članku fd-passing objašnjava kako se opisnici datoteka šalju putem utičnica i koja je primjena tih tehnika u X Window Systemu

  • socket.AF_INET mrežne utičnice koriste IPv4, a socket.AF_INET6 mrežne utičnice koriste IPv6 kao prostor adresa

    • primjer para IPv4 adrese i TCP/UDP vrata je oblika ('127.0.0.1', 5000)

    • primjer para IPv6 adrese i TCP/UDP vrata je oblika ('::1', 5000)

    • za IPv4 i IPv6 možemo koristiti i domene umjesto adresa, npr. ('localhost', 5000)

  • socket.SOCK_DGRAM su datagramske utičnice

    • omogućuju jednosmjernu komunikaciju kod koje klijent šalje, a poslužitelj prima prima podatke

    • nema mogućnosti baratanja s više klijenata, svi podaci stižu na jednu utičnicu bez obzira koji od klijenata ih šalje

    • nema osiguranja da će poslani podaci stići

  • socket.bind(address) se povezuje na adresu address (poslužiteljska strana)

  • socket.recv(size) čita podatke s utičnice do veličine size i njih vraća

  • socket.recvfrom(size) čita podatke s utičnice do veličine size i vraća uređeni par (data, address)

  • socket.close() zatvara utičnicu; potrebno je napraviti nakon završetka rada s utičnicom, slično kao kod datoteka

    # poslužiteljska strana, pokreće se prva
import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind(('localhost', 5000))
podaci = sock.recv(1024)
sock.close()
pozdrav = podaci.decode()
print(pozdrav)

  • ako želimo koristiti datoteke umjesto IP adresa, u primjeru poslužitelja iznad treba promijeniti dvije linije

    sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind('socket1') # ovu datoteku će biti potrebno ručno izbrisati nakon završetka izvođenja programa

  • socket.connect(address) se povezuje na adresu address (klijentska strana)

  • socket.send(data) šalje podatke data na adresu na koju je utičnica povezana i vraća veličinu poslanih podataka

  • socket.sendto(data, address) šalje podatke data na adresu address i vraća veličinu poslanih podataka

    # klijentska strana, pokreće se nakon pokretanja poslužitelja
import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.connect(('localhost', 5000))
pozdrav = "Pozdrav svijetu!"
podaci = pozdrav.encode()
sock.send(podaci)
sock.close()

  • ako želimo koristiti datoteke umjesto IP adresa, u primjeru klijenta iznad treba promijeniti dvije linije

    sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind('socket1') # ovu datoteku će biti potrebno ručno izbrisati nakon završetka izvođenja programa

Zadatak

  • Napišite komunikaciju klijenta i poslužitelja tako da klijent pošalje podatak koji korisnik unese (umjesto fiksnog niza znakova pokazanog u primjeru).

  • Dodajte zatim još jedan unos podataka i izvedite dva slanja na strani klijenta i dva primanja na strani poslužitelja.

  • socket.SOCK_STREAM su tokovne utičnice

    • omogućuju dvosmjernu komunikaciju

    • garantiraju dostavu poruka

    • postoji konekcija dvaju strana

  • poslužiteljska utičnica stvara utičnice na strani poslužitelja za klijente koji se povezuju

  • socket.listen(backlog) poslužiteljska utičnica osluškuje za povezivanja od strane klijenata; prima klijente koji se žele povezati dok broj ne naraste do backlog klijenata, a nakon toga odbija nova povezivanja sve do prihvaćanja dotad primljenih klijenata korištenjem funkcije socket.accept()

  • socket.accept() prihvaća klijenta i vraća uređeni par (socket object, address info) za svakog klijenta; socket object se koristi za komunikaciju s točno tim klijentom; kad se koristi socket.AF_UNIX, address info je prazan

    # poslužiteljska strana, pokreće se prva
import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(('localhost', 5000))
sock.listen(1)
clisock, addr = sock.accept()
while True:
    podaci = clisock.recv(1024)
    if not podaci:
        break
    pozdrav = podaci.decode()
    print(pozdrav)
    poslani_podaci = pozdrav.encode()
    clisock.send(poslani_podaci)
clisock.close()
sock.close()

  • klijentska utičnica se povezuje na poslužitelj isto kao kod datagramskih

    # klijentska strana, pokreće se nakon pokretanja poslužitelja
import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(('localhost', 5000))
pozdrav = "Pozdrav svijetu!"
podaci = pozdrav.encode()
sock.send(podaci)
primljeni_podaci = sock.recv(1024)
primljeni_pozdrav = primljeni_podaci.decode()
print(primljeni_pozdrav)
sock.close()

Zadatak

  • Preradite kod tako da korisnik na strani klijenta unosi dva broja koja se zatim odvojeno šalju poslužitelju; poslužitelj ih prima i ispisuje njihov zbroj. Pripazite kojeg tipa su podaci kojima baratate i izvedite konverziju gdje je potrebno.

  • Preradite kod tako da poslužitelj klijentu šalje zbroj koji onda klijent ispisuje.

Zadatak

Napišite poslužiteljsku i klijentsku stranu aplikacije za dvosmjernu komunikaciju koristeći datagramske utičnice. Na klijentskoj strani korisnik unosi niz znakova.

  • U slučaju da niz znakova počinje znakom 0, poslužitelj kao odgovor vraća ostatak niza.

  • U slučaju da niz znakova počinje znakom a, poslužitelj kao odgovor vraća duljinu ostatka niza.

U preostalim slučajevima niz se ne šalje. Klijentska aplikacija prekida nakon jednog slanja i primanja, a poslužiteljska nakon jednog primanja i slanja.

  • poslužiteljska aplikacija može primiti više od jednog klijenta korištenjem poziva select() iz modula select za provjeru postoji li novi klijent ili novi podaci za čitanje na nekoj od postojećih klijentskih utičnica

    • obzirom da se za komunikaciju sa svakim od klijenata koristi posebna utičnica, vrlo je lako razlikovati poruke različitih klijenata

    # poslužiteljska strana
import socket
import select

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(('localhost', 5000))
sockets = [sock] # ova lista će nam trebat ispod za select()
while True:
    sock.listen(1)
    readready, writeready, exceptready = select.select(sockets, [], [])
    for readysock in readready:
        if readysock == sock:
            # klijent se želi povezati
            clisock, addr = readysock.accept()
            sockets.append(clisock)
        else:
            # neki od klijenata ima podatke za razmijeniti
            while True:
                podaci = readysock.recv(1024)
                if not podaci:
                    break
                pozdrav = podaci.decode()
                print(pozdrav)
                poslani_podaci = pozdrav.encode()
                readysock.send(poslani_podaci)
            readysock.close()
sock.close()