Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

Демон постоянно работает в фоновом режиме, опрашивая спул-каталог в поисках задания. Когда он находит запрос на выполнение задания, то пытается обработать связанные с ним данные. Если обработка прошла успешно, то запрос и данные из спул-области удаляются.

Классическим примером данной модели является система спулера печати Unix, lpr(1)/lpd(1). Интерфейсной частью в данном случае является утилита lpr(1), просто помещающая предназначенные для печати файлы в спул-область, которая периодически сканируется демоном lpd. Задача данного демона — сериализация доступа к печатающим устройствам.

Другим классическим примером является пара at(1)/atd(1), обеспечивающая выполнение команд по расписанию. Третьим исторически важным примером, хотя и не распространенным в настоящее время, была программа UUCP (Unix-to-Unix Copy Program), широко применявшаяся в качестве почтового транспорта на коммутируемых линиях до того, как в начале 90-х годов прошлого века не начался взрывной рост Internet.

Модель спулер/демон и сейчас остается важной в программах транспортировки почты (которые по своей природе являются пакетными). Интерфейсные части почтовых транспортных программ, таких как sendmail(1) и qmail(1), обычно предпринимают одну попытку немедленной доставки почты через SMTP-сервер и внешнее Internet-соединение. Если попытка не удалась, то почта помещается в спул-область; демон-версия или режим почтового транспорта попытается доставить почту позднее.

Как правило, система спулер/демон состоит из четырех частей: модуль запуска задания, организатор очереди, утилита отмены задания и спулер-демон. Фактически присутствие первых трех частей определенно указывает на то, что за ними находится спулер-демон.

Понятия "спулер" и "демон" — прочно укоренившийся жаргон в Unix-сообществе (фактически термин "спулер" появился во время ранних мэйнфреймов).

11.6.8.3. Пара драйвер/ядро

В данной модели, в отличие от пары конфигуратор/актор или спулер/демон, интерфейсная часть подает команды и интерпретирует вывод от ядра после запуска. Ядро имеет простую модель интерфейса. Используемый IPC-метод является деталью реализации: ядро может быть подчиненным процессом драйвера (в том смысле, который обсуждался в главе 7), или ядро и драйвер могут взаимодействовать через сокеты, общую память, или посредством любого другого IPC-метода. Ключевыми моментами в данном случае являются (а) интерактивность пары и (b) способность ядра к самостоятельной работе со своим собственным интерфейсом.

Написание таких пар сложнее, чем написание пар конфигуратор/актор, поскольку они теснее и сложнее связаны. Драйверу необходимы сведения не только об ожидаемой среде запуска ядра, но и о его наборе команд, а также о форматах ответов.

Однако если ядро спроектировано с возможностью использования в сценариях, то нередко драйверная часть пишется не автором ядра, а другим разработчиком, или несколько драйверов могут подключаться к определенному ядру. Превосходный пример в обоих случаях представлен программами gv(1) и ghostview(1), которые являются драйверами для gs(1), интерпретатора Ghostscript. Ghostscript переводит PostScript в различные графические форматы и низкоуровневые языки управления принтерами. Программы gv и ghostview обеспечивают GUI-упаковщики для весьма уникальных ключей вызова и синтаксиса команд Ghostscript.

Другим превосходным примером данной модели является комбинация программ xcdroast/cdrtools. В дистрибутив cdrtools входит программа cdrecord(1) с интерфейсом командной строки. Код cdrecord специализируется на работе с аппаратным обеспечением приводов CD-ROM. Программа xcdroast представляет собой GUI-интерфейс и предназначена для того, чтобы создать комфортные условия работы для пользователя. Для выполнения большей части работы программа xcdroast(1) вызывает cdrecord(1).

Программа xcdroast также вызывает другие CLI-инструменты: cdda2wav(1) (конвертер звуковых файлов) и mkisofs(1) (средство для создания из списка файлов CD-ROM-образов с файловой системой ISO-9660). Подробности того, как данные средства вызываются, скрыты от пользователей, которые могут сконцентрировать внимание на создании CD-образов, а не на необходимости знать секреты преобразования звуковых файлов или структуры файловых систем. Равно важно и то, что разработчики каждого из данных средств могут концентрироваться на профессиональных знаниях в своей предметной области без необходимости быть экспертами в разработке пользовательских интерфейсов.

Главный "подводный камень" организации драйвер/ядро состоит в том, что часто драйвер должен распознавать состояние ядра, для того чтобы отражать его пользователю. Если ядро работает практически без задержек, то это не является проблемой, однако если ядру требуется большой промежуток времени (например, при доступе к множеству URL-адресов), то недостаток обратной связи может создавать значительные сложности. Подобной проблемой является отклик на ошибки. Например, традиционный (хотя и не совсем соответствующий духу Unix) запрос на подтверждение при перезаписи существующего файла сложен в написании в системе драйвер/ядро. Ядру, обнаружившему проблему, приходится требовать от драйвера выдать сообщение пользователю.

Важно спроектировать ядро так, чтобы оно не только правильно работало, но и уведомляло драйвер о выполняемой работе, с тем чтобы драйвер мог представить изящный интерфейс с соответствующей обратной связью.

Понятия "драйвер" и "ядро" являются редкими, но устоявшимися в Unix-сообществе.

11.6.8.4. Пара клиент/сервер

Пара клиент/сервер подобна паре драйвер/ядро, за исключением того, что часть ядра является запущенным в фоновом режиме демоном, от которого не требуется интерактивная работа и наличие собственного пользовательского интерфейса. Обычно демон предназначен для того, чтобы быть посредником в доступе к какому-либо совместно используемому ресурсу — базе данных, потоку транзакций или совместно используемому специализированному аппаратному обеспечению, такому как звуковое устройство. Другой причиной для использования такого демона может быть необходимость избежать выполнения дорогостоящих начальных действий при каждом вызове программы.

Рис. 11.3. GUI-интерфейс программы Xcdroast

Раньше, например, очень популярной была пара ftp(1)/ftpd(1), реализующая протокол FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов); также в качестве примера можно упомянуть два экземпляра программы sendmail(1) — это отправитель в приоритетном режиме и слушатель в фоновом, передающие электронную почту в Internet. В настоящее время таким примером будет любая пара браузер/Web-сервер.

Однако данная модель не ограничена коммуникационными программами. Другим важным случаем ее применения являются базы данных, например пара psql(1)/postmaster(1). В данной паре программа psql сериализует доступ к совместно используемой базе данных, управляемой демоном postgres, передавая ему SQL-запросы и представляя данные, отправленные в качестве ответов.

Приведенные выше примеры иллюстрируют важное свойство данных пар, которое заключается в том, что чистота протокола, сериализующего связь между ними, является крайне важной. Если протокол четко определен и описан открытым стандартом, то он может предоставить широкие возможности для развития, изолируя клиентские программы от деталей управления серверными ресурсами и позволяя клиентам и серверам развиваться почти независимо. Все программы с ядром, отделенным от интерфейса, потенциально извлекают данное преимущество из четкого разделения функций, но в случае клиент/сервер выигрыш от верной реализации часто особенно высок именно потому, что управлять общими ресурсами действительно сложно.

Для связи клиентской части с серверной могут использоваться и используются очереди сообщений и пары именованных каналов, однако преимущества от возможности запуска сервера на другой машине являются настолько весомыми, что в настоящее время почти во всех современных парах клиент/сервер используются TCP/IP-сокеты.

11.6.9. Модель CLI-сервера

В мире Unix обычной является практика, когда серверные процессы вызываются управляющими программами[105], такими как inetd(8), т.е. сервер может получать команды через стандартный ввод и отправлять ответы на стандартный вывод. Управляющая программа затем обеспечивает подключение стандартного ввода и вывода сервера к порту определенной TCP/IP-службы. Преимущество такой организации функций заключается в том, что управляющая программа может работать как одна безопасная программа-диспетчер (gatekeeper) для всех серверов, которые она запускает.