Разработка проекта с помощью встроенных средств языка C#, на базе сетевого стека и сетевых функций Windows. Специфика создания удобного интерфейса программы с использованием Windows Forms, которая способна пересылать данные на удалённый компьютер.
Аннотация к работе
Процессы после запуска находятся в ожидании завершения предшествующих им процессов. Процесс в Windows состоит из следующих компонентов: · Структура данных, содержащая всю информацию о процессе, в том числе список открытых дескрипторов различных системных ресурсов, уникальный идентификатор процесса, различную статистическую информацию и т.д.; Создание Win32 процесса осуществляется вызовом одной из таких функций, как CREATEPROCESS, CREATEPROCESSASUSER (для Win NT/2000) и CREATEPROCESSWITHLOGONW (начиная с Win2000) и происходит в несколько этапов: · Открывается файл образа (EXE), который будет выполняться в процессе. · Когда процесс завершается, все User-и GDI-объекты, созданные процессом, уничтожаются, объекты ядра закрываются (если их не использует другой процесс), адресное пространство процесса уничтожается. Когда подключение установлено - программа проверяет, какой процесс следует запустить, в случае нахождения данных о процессе - запускает его.Благодаря использованию встроенных средств языка C# удалось создать проект, использующий сетевой стек и сетевые функции Windows. В программе предусмотрен обмен как на локальном компьютере, так и при запуске на компьютерах с разными IP-адресами в пределах локальной или глобальной TCP/IP-сети.
Введение
программа сетевой интерфейс
При работе с данными на современных операционных системах остро стоит проблема в их синхронизации. Проблемы могут происходить, когда к одним и тем же данным получают доступ различные процессы. И даже не столько в случае одновременного изменения. Чтение данных в одном потоке после изменения их другим тоже может давать неверный результат в целом. Так же одной из проблем может являться уменьшение производительности работы в целом. Синхронизация - это некоторые дополнительные издержки.
Цель работы является разработка программы, создающая и запускающая несколько отдельных процессов в определенной последовательности. Информация о каждом запущенном процессе передается и принимается через сокеты UDP и записывается в файл.
В целом, задачей разработки являлось создание такого приложения, которое будет удаленно запускать в последовательности отдельные задачи.
В главе «Описание программ» подробно описаны теоретические особенности построения сетевого стека.
В главе «Тексты программ» находятся исходные коды на языке C# и файлы конфигурации процессов в формате INI файлов.
В главе «Выводы» даются результаты о проделанной работе.
Наиболее важными источниками знаний послужил сервис от Microsoft - MSDN, а также книга Гордеева - «Операционные системы».
Задание
Создать процессы (отдельные задачи), которые выполняются в последовательности, определяемой графом запуска в соответствии с вариантом задания. Каждая дуга графа соответствует процессу, имя дуги - имя процесса. Вершины графа - точки синхронизации процессов.
Процессы после запуска находятся в ожидании завершения предшествующих им процессов. При выполнении выводят информацию (имя процесса, время запуска и окончания работы), передают управление другим процессам и завершаются. В процессах вводится небольшая временная задержка (несколько секунд) для того, чтобы было легче отследить соответствие запусков и окончаний процессов графу запуска. Для первоначального запуска набора процессов рекомендуется использовать командный файл.
Прием и передача информации о завершении процесса осуществляется через сокеты TCP или UDP. Фактически прием-передача этой информации выступает в роли средства распределенной синхронизации процессов в IP-сети.
Необходимо предусмотреть создание необходимого числа сокетов в каждой задаче и определить корректную нумерацию портов, чтобы обмен был возможен как на локальном компьютере (local host.localdomain) так и при запуске задач на компьютерах с разными IP-адресами в пределах локальной или глобальной TCP/IP-сети. Должна быть предусмотрена возможность изменения IP-адреса компьютера при запуске процесса (ввод из командной строки, файла и т.п.). При демонстрации курсовой работы часть процессов запускается на одном, а остальные - на другом (других) компьютере (компьютерах) ЛВС.
Операционная система - Windows или Linux. Система программирования - Visual C или GNU C. Возможен “гибридный” вариант реализации, когда часть процессов работает под управление ОС Linux, а оставшиеся - под ОС MS Windows. В последнем случае для отладки вне вычислительной сети имеет смысл использовать эмуляторы другой ОС (CYGWIN, WINE) или виртуальные машины.
Граф синхронизации процессов. Вариант #2
Рис. 1. Граф синхронизации процессов
На графе отчетливо видно, что существует 11 дуг. Каждая дуга графа соответствует процессу. Вершины графа - точки синхронизации процессов. Имена процессов: a, b, c, d, e, f ,g, h, i, m, n.
1.
Описание программ
Программа работает под управлением Windows 32 бит. Написана на C# .NET 2.0. Данные в программу поступают по сетевому стеку UDP. Исходные данные лежат в отдельных INI файлах.
Программа состоит из модуля сервера и клиента. Клиент-сервер работает одновременно на одном компьютере. Во время включения программы, проверяется - есть ли у программы родитель - в случае нахождения происходит отправка сообщения и последующая работа. В остальном случае - программа слушает и в зависимости от принятых данных отправляет сообщения. Функции локального управления используются, главным образом, для выполнения подготовительных действий, необходимых для организации взаимодействия двух программ-партнеров.
1.1 Сокеты
В программе широко используются сокеты. В C# сокеты реализованы с помощью класса Socket. Класс Socket обеспечивает широкий набор методов и свойств для сетевых взаимодействий. Socket придерживается шаблона имен платформы .NET Framework для синхронный методов. Для протокола UDP, нет необходимости в отслеживании подключений. Метод Accept обрабатывает любые входящие запросы на подключение и возвращает объект Socket, который может использоваться для передачи данных с удаленного узла. Объект Socket используется для вызова метода Send или Receive. Метод Bind, обращается к Listen, к которому необходимо указать локальный IP-адрес или номер порта. Если требуется произвести подключение к прослушивающему узлу, используется метод Connect. Для обмена данными метод Send или Receive. Когда прием и отправка данных завершены, используется метод Shutdown для того, чтобы отключить объект Socket. После вызова метода Shutdown происходит обращение к методу Close, чтобы освободить все связанные с объектом Socket ресурсы.
Процесс в Windows состоит из следующих компонентов: · Структура данных, содержащая всю информацию о процессе, в том числе список открытых дескрипторов различных системных ресурсов, уникальный идентификатор процесса, различную статистическую информацию и т.д.;
· Адресное пространство - диапазон адресов виртуальной памяти, которым может пользоваться процесс;
· Исполняемая программа и данные, проецируемые на виртуальное адресное пространство процесса.
Создание Win32 процесса осуществляется вызовом одной из таких функций, как CREATEPROCESS, CREATEPROCESSASUSER (для Win NT/2000) и CREATEPROCESSWITHLOGONW (начиная с Win2000) и происходит в несколько этапов: · Открывается файл образа (EXE), который будет выполняться в процессе.
· Если исполняемый файл не является Win32 приложением, то ищется образ поддержки (support image) для запуска этой программы. Например, если запускается cmd.exe.
Процесс завершается если: · Входная функция первичного потока возвратила управление.
· Один из потоков процесса вызвал функцию EXITPROCESS.
· Поток другого процесса вызвал функцию TERMINATEPROCESS.
· Когда процесс завершается, все User- и GDI-объекты, созданные процессом, уничтожаются, объекты ядра закрываются (если их не использует другой процесс), адресное пространство процесса уничтожается.
1.2
Процессы
Процесс - это объединение нескольких потоков. А объединяет эти потоки единое виртуальное адресное пространство. В этом пространстве размещаются код и данные приложения (обычно это один exe и несколько dll-модулей). Именно единство этого пространства и делает обмен данными между потоками приложения предельно простым. Наоборот, адресные пространства различных процессов независимы и отделены друг от друга (хотя, используя проекции файла в память (memory mapped file), можно создать область памяти, которая будет доступна совместно нескольким процессам). Таким образом, процесс - это несколько потоков (как минимум один) плюс единое виртуальное адресное пространство. Поскольку все потоки процесса работают в едином адресном пространстве, обмен данными между ними крайне прост, однако при этом требуется согласовывать их работу над совместными данными. Собственно, под термином «синхронизация», как правило, имеют в виду именно согласование работы потоков, принадлежащих одному процессу. Этому и будут посвящены следующие части данной статьи. Хотя некоторые из описанных далее приемов можно использовать и для синхронизации потоков принадлежащих разным процессам, в основном согласование их работы связано с «механизмами взаимосвязи процессов» (inter-process communications, IPC). Действительно, трудно представить ситуацию, когда нам потребовалось бы согласовывать движение потоков без необходимости обмена данными между ними. А для этого, если потоки работают в разных адресных пространствах, требуются специальные механизмы, носящие обобщенное название IPC (проекции файлов в память - один из них). Процесс - это набор потоков, работающих в едином адресном пространстве. Само по себе, адресное пространство без потоков смысла не имеет. Поэтому процесс считается завершенным, как только завершатся все его потоки.
2.
Тексты программ
Интерфейс программы разработан с помощью Windows Forms. Интерфейс состоит из главного окна, на котором отображены данные о пользовательских настройках запуска процессов. При загрузке программы происходит заполнение окна конфигурационными данными. После загрузки, программа ищет «потомков» по сети и подключается к ним. Когда подключение установлено - программа проверяет, какой процесс следует запустить, в случае нахождения данных о процессе - запускает его. После завершения процесса - выполнившая программа останавливается. А «родителем» становится программа, которая приняла все данные. «Родитель» начинает процесс поиска своих «потомков». Интерфейс достаточно прост. И не требует от пользователя каких-либо действий, кроме правки конфигурационного файла.
Рис. 2. Скриншот работы 4 процессов на локальном компьютере
2.1 Исходный код class WRITELOG { public static bool Write(string message) { try { const string url = @"\\fs\Study\_\ПО08\temp.txt";
var text = System.IO.File.APPENDTEXT(url);
text.WRITELINE(message);
text.Close();
} catch { return false;
} return true;
}
} internal class Client { private readonly string Ip;
private readonly int Port;
private readonly string Processname;
private TCPCLIENT _client;
public Client(string ip, int port, string processname) {
Ip = ip;
Port = port;
Processname = processname;
if (SENDDATA()) {
FORMCLIENT.Msg("Данные успешно отправлены!");
} // Теперь подключаться к потомкам
} private bool SENDDATA() {
_client = new TCPCLIENT();
bool flag = true;
try {
_client.Connect(Ip, Port);
byte[] mas = Encoding.UTF8.GETBYTES(Processname);
_client.Client.Send(mas);
} catch { flag = false;
} return flag;
}
} public partial class FORMCLIENT : Form { private static readonly string Path = Environment.CURRENTDIRECTORY; // текущая директория
#region Списки private List _CHILDPROCESSNAME;
private List _CHILDSIP;
private List _CHILDSPORT;
private List _PARENTPROCESSNAME;
private List _SERVERPORT;
private List _SERVERPROCESSNAME;
#endregion public FORMCLIENT() {
INITIALIZECOMPONENT();
GETINFOFROMINIFILE();
var cr = new Thread(OPENPORT);
cr.Start();
//Если родителей нет - подключаюсь к потомкам if (_PARENTPROCESSNAME.Count == 0 && _SERVERPROCESSNAME.Count > 0) { string processname = _SERVERPROCESSNAME[0];
const string ip = "127.0.0.1";
int port = int.Parse(_SERVERPORT[0]);
new Client(ip, port, processname); //а также выполняем главные процесс А CONNECTTOCHILD();
}
} public void OPENPORT() { foreach (string t in _SERVERPORT) { if (t == "") return;
try { int port = Convert.TOINT16(t);
//Если родители есть то открываем порт if (_PARENTPROCESSNAME.Count != 0) {
Msg("Открываю порт " port " для подключения родителей");
new Servak(port);
}
} catch {
Msg("Проблема при открытие порта");
}
}
} public void CONNECTTOCHILD() {
Msg("ищем потомков...");
//Если потомки есть if (_CHILDPROCESSNAME.Count != 0) { for (int i = 0; i < _CHILDSPORT.Count; i ) { int port = Convert.TOINT16(_CHILDSPORT[i]);
string ip = _CHILDSIP[i];
string processname = _CHILDPROCESSNAME[i];
Msg("подключаюсь к потомку " processname); // Подключаемся к серверу по SERVERPORT try { new Client(ip, port, processname); //подключаемся к потомку
} catch {
Msg(string.Format("Подключиться к потомку {0} не удалось", processname));
}
}
} else {
Msg("Потомков нет.");
}
} public static void Msg(string mesg) { if (!WRITELOG.Write(mesg)) {
MESSAGEBOX.Show("Произошла проблема с записью");
}
} private void GETINFOFROMINIFILE() {
FILEINFO[] directorypath = new DIRECTORYINFO(Path).GETFILES();
//Заполнение списков
_SERVERPROCESSNAME = new List();
_SERVERPORT = new List();
_PARENTPROCESSNAME = new List();
_CHILDPROCESSNAME = new List();
_CHILDSIP = new List();
_CHILDSPORT = new List();
//инфо об файлах foreach (FILEINFO info in directorypath) { string fullname = info.FULLNAME;
var temp = new INIFILE(fullname);
string[] READTEXT = File.READALLLINES(fullname); //временный, зранит все записи
//Читаем все строчки foreach (string s in READTEXT) { if (s == "") continue;
if (Regex.ISMATCH(s, "Server")) { _SERVERPROCESSNAME.Add(temp.INIREADVALUE("Server", "Processname")); _SERVERPORT.Add(temp.INIREADVALUE("Server", "Port"));
}
//Если найден Parent - добавляем (учитывая что есть 1, 2, ...) else if (Regex.ISMATCH(s, "Parent")){ string PARENTS = s.Replace("[", "").Replace("]", "");
//то же самое только с Child else if (Regex.ISMATCH(s, "Child")){ string CHILDS = s.Replace("[", "").Replace("]", "");
//Проверка на UTF-8. Глюк возникает, в "s" вводится какая-то очень длинная if (s.Length > 50) break; _CHILDPROCESSNAME.Add(temp.INIREADVALUE(CHILDS, "Processname"));
Ожидаем запрос к подключению родитель подключен...
Открываю порт 8889 для подключения родителей
Ожидаем запрос к подключению родитель подключен... ищем потомков... подключаюсь к потомку c
Данные успешно отправлены! выполняется процесс c
Процесс c выполнен ищем потомков... подключаюсь к потомку i
Данные успешно отправлены! подключаюсь к потомку h
Данные успешно отправлены! выполняется процесс i выполняется процесс h
Проблема при открытие порта
Процесс i выполнен
Открываю порт 8889 для подключения родителей
Ожидаем запрос к подключению
Проблема при открытие порта ищем потомков... потомков нет.
Процесс h выполнен
Открываю порт 8888 для подключения родителей
Ожидаем запрос к подключению
Проблема при открытие порта ищем потомков... потомков нет.
Вывод
Благодаря использованию встроенных средств языка C# удалось создать проект, использующий сетевой стек и сетевые функции Windows. Что в конечном итоге сделало возможным создание программы, которая способна пересылать данные на удаленный компьютер. Следующим этапом стало создание удобного интерфейса. Интерфейс построен с использованием Windows Forms
В программе предусмотрен обмен как на локальном компьютере, так и при запуске на компьютерах с разными IP-адресами в пределах локальной или глобальной TCP/IP-сети. Предусмотрена возможность изменения IP-адреса компьютера при запуске процесса, посредством правки файла конфигурации.
“Гибридный” вариант реализации, когда часть процессов работает под управление ОС Linux, а оставшиеся - под ОС MS Windows не предусмотрена в силу ограничения работы .net framework на первом. Отладка производилась без применения виртуальных машин.
Список литературы
1. Гордеев А.В. Операционные системы СПБ. Питер, 2004.
2. Рихтер Д.Ж. CLR via C#. Программирование на платформе.NET Framework 2.0 на языке С#. Мастер-класс. СПБ. Питер, 2007
3. MSDN
Process (http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/system.diagnostics.process.aspx)