[42 Seoul] Minitalk

Requirements

1. 서로 통신을 하는 서버와 클라이언트 프로그램을 구현한다.
2. 서버 프로그램이 항상 먼저 실행되어야한다. 서버가 실행되면 자신의 PID를 출력한다.
3. 클라이언트 프로그램은 "서버의 PID"와 "서버로 보낼 문자열"을 매개변수로 받는다.
4. 클라이언트는 매개변수로 받은 문자열을 서버로 전송하고, 서버는 그 문자열을 받아서 출력한다.
5. 서버와 클라이언트 사이의 통신은 오로지 SIGUSR1, SIGUSR2 두 개의 UNIX 시그널을 통해서 이루어져야 한다.
6. 서버가 클라이언트에게서 전송 받은 문자열을 출력하는 속도가 너무 느려선 안된다. (1초에 문자 100개를 출력하는 것은 너무 느리다!)
7. 서버는 서버를 재시작 할 필요 없이 여러 클라이언트의 문자열을 수신할 수 있어야 한다.
8. 실행 파일의 이름은 "client"와 "server" 여야 한다.
9. 한 개의 전역 변수를 사용할 수 있다.

*7번 요구사항은 비동기적으로 여러 클라이언트와 통신할 수 있어야 한다는 것이 아니다. 처음 연결한 클라이언트 하고만 통신할 수 있는 것이 아니라, 한 클라이언트와의 통신이 끝나면 서버를 재시작하지 않고도 다른 클라이언트와 통신이 가능해야 한다는 의미이다.

사용할 수 있는 함수

signal.h

• sigaction, signal. sigemptyset, sigaddset, kill

stdlib.h

• malloc, free, exit

unistd.h

• write, getpid, sleep, usleep, pause

*bold체의 함수는 핵심적으로 사용되는 함수들임.

알아둬야 할 헤더 파일 및 구조체

signal.h

• sigset_t, sigaction, siginfo_t (구조체)
• SIGUSR1, SIGUSR2 (상수)

type.h

• pid_t (signed int)

접근 과정

0. Signal이란?

소프트웨어 인터럽트. 이벤트가 발생하면 시그널을 통해 해당 사실이 프로세스에 "비동기적(asynchronous)"으로 전달됨.

대부분의 시그널의 경우 signal handler를 통해 해당 시그널을 필요에 맞게 처리할 수 있다.

발생사유

1. 0으로 나누기처럼 프로그램에서 예외적인 상황이 일어나는 경우
2. kill 함수처럼 시그널을 보낼 수 있는 함수를 사용해서 다른 프로세스에 시그널을 보내는 경우
3. 사용자가 Ctrl+C 같이 인터럽트 키를 입력한 경우

시그널 처리 방식

1. 각 시그널에 지정된 기본 동작 수행 (대부분의 시그널의 경우 default action은 abnormal termination)
2. 시그널 핸들러를 미리 설정해두면 시그널 발생 시 해당 핸들러를 호출.
3. 시그널 무시 (시그널 핸들러를 SIG_IGN로 설정했을 경우)
4. 특정 시그널을 블록처리 - 무시(ignore)가 아니라 보류(pending)했다가, unblocked 되면 해당 시그널을 핸들링. 단 UNIX의 경우 동일한 시그널을 여러개 queueing 해두지는 않는다. 그저 pending된 시그널이 존재하는지만 알 수 있음.

출처

https://codingsmu.tistory.com/57

https://snnchallenge.tistory.com/300

https://stackoverflow.com/questions/5730975/difference-in-handling-of-signals-in-unix

1. UNIX 시그널 SIGUSR1, SIGUSR2를 사용하여 통신을 하는 방법은?

kill() 함수를 사용하면 특정 pid의 프로세스에게 시그널을 보낼 수 있다.

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);
//pid - 시그널을 보낼 프로세스의 pid
//sig - 보낼 시그널 ex) SIGUSR1

문자열의 각 문자를 SIGUSR1, SIGUSR2를 사용하여 bit 단위로 전송한다.

 

문자 'a' == 십진수 61 == 이진수 01100001

이진수 01100001을 맨 왼쪽 bit 부터 bit 연산을 사용하여 하나씩 확인. bit가 0이면 SIGUSR1 시그널을 서버로 보내고, 1이면 SIGUSR2 시그널을 보내는 방식으로 서버에 문자를 전송할 수 있다.

2. 서버에서 SIGUSR1, SIGUSR2 시그널을 받아서 원하는 방식대로 처리하는 방법은?

sigaction() 함수를 사용해서 특정 시그널에 시그널 핸들러를 등록할 수 있다.

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
//signum - 시그널 핸들러를 등록할 시그널
//act - 등록할 시그널 핸들러의 정보가 담겨있는 sigaction 구조체의 주소
//oldact - 기존에 등록되어 있는 시그널 핸들러의 정보를 반환할 구조체의 주소

시그널 핸들러 함수를 작성하고, 해당 함수의 주소가 담긴 sigaction 구조체를 만든 뒤, sigaction() 함수를 사용해서 SIGUSR1, SIGUSR2에 대한 핸들러를 등록해주면 된다.

3. sigaction 구조체는 무엇인가?

#include <signal.h>

struct  sigaction {
	union __sigaction_u __sigaction_u;  /* signal handler */
	sigset_t sa_mask;               /* signal mask to apply */
	int     sa_flags;
};

union __sigaction_u {
	void    (*__sa_handler)(int);
	void    (*__sa_sigaction)(int, siginfo_t *,	void *);
};
//sigaction 구조체에서 sa_flags 옵션을 통해 두 함수 포인터 중 하나만
//시그널 핸들러로 사용하기 때문에 union으로 선언됨.

#define sa_handler      __sigaction_u.__sa_handler
#define sa_sigaction    __sigaction_u.__sa_sigaction

int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act,
		struct sigaction *restrict oact);
//sigaction 구조체 형태로 매개변수를 받아 시그널 핸들러를 등록함

sa_flags 변수를 통해 시그널 핸들링에 대한 여러 옵션을 지정할 수 있다. SA_SIGINFO, SA_NODEFER등 7가지의 옵션이 있는데, bit 연산을 통해 각 옵션에 대한 bit를 set 해줌으로써 옵션을 지정하는 것이 가능하다. (예: sa_flags |= SA_SIGINFO)

 __sigaction_u union은 2개의 멤버 변수를 갖고 있다. union이고, 두 멤버 변수 모두 포인터이므로 크기가 동일하기 때문에 둘 중 하나의 변수만 사용이 가능하다. (union의 크기는 가장 크기가 큰 변수의 크기이다) 

sa_flags 에 SA_SIGINFO bit가 set 되어있지 않으면 시그널 핸들러로 __sa_handler를 사용하고, set 되어 있으면 __sa_sigaction을 사용한다.

union의 두 변수는 각각 sa_handler와 sa_sigaction으로 define 되어 있으므로 더 간편하게 접근 가능하다.
sa_mask 변수를 통해 시그널 핸들러가 동작 중일 때 블록할 시그널을 sigset_t 구조체로 지정할 수 있다. 주의할 점은 시그널 핸들러가 동작 중일 때, 해당 핸들러를 동작시키게 한 시그널은 자동으로 블록 처리가 된다. 만약 그게 싫으면 sa_flags에 SA_NODEFER bit를 set 해서 시그널 핸들러를 동작시킨 시그널을 블록하지 않게 할 수 있다.

출처

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=gaechuni&logNo=221154760245 

4. 왜 sigaction()인가? - signal()을 사용해서 시그널 핸들러를 등록하지 않는 이유

과제의 7번 요구사항 "서버는 서버를 재시작 할 필요 없이 여러 클라이언트의 문자열을 수신할 수 있어야 한다"을 구현하기 위해서는, 현재 서버로 들어오는 SIGUSR1, SIGUSR2 시그널이 어느 클라이언트로부터 오는 시그널인지를 알 수 있어야 한다.

그런데 만약 signal() 함수로 시그널 핸들러를 등록한다면?

#include <signal.h>

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);
//sig - 시그널 핸들러를 등록할 시그널
//func - 시그널 핸들러. void func(int signo) 형태.

시그널 핸들러 func가 인자로 시그널 번호만 받는다. 즉 시그널을 보낸 프로세스의 정보를 얻을 방법이 없다.

하지만 sigaction()의 경우 sa_flags에 SA_SIGINFO bit를 set 하면, 시그널 핸들러 함수의 인자로 시그널 번호와 함께 시그널을 보낸 프로세스의 정보를 담은 siginfo_t 구조체를 인자로 받을 수 있다.

#include <signal.h>

struct  sigaction {
	union __sigaction_u __sigaction_u;  /* signal handler */
	sigset_t sa_mask;               /* signal mask to apply */
	int     sa_flags;
};

union __sigaction_u {
	void    (*__sa_handler)(int);
	void    (*__sa_sigaction)(int, siginfo_t *,	void *);
};
//SA_SIGINFO bit를 set 하면 핸들러로 __sa_sigaction을 사용하는데
//매개변수에 siginfo_t 구조체가 있는 것을 확인할 수 있다.
//시그널 핸들러가 실행되면, 이 구조체에 담겨있는 시그널을 보낸 프로세스의 정보를 활용 가능하다.

int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act,
		struct sigaction *restrict oact);

sigaction()으로 핸들러를 등록하면서 SA_SIGINFO bit를 set 해주면, 시그널 핸들러가 3개의 매개변수를 받는 __sa_sigaction이 되는데, 이 핸들러가 호출되었을 때 내부에서 siginfo_t 구조체를 활용해서 시그널을 보낸 프로세스의 정보를 알 수 있다.

siginfo_t 구조체에는 시그널을 보낸 프로세스의 pid도 있기 때문에, SIGUSR1, SIGUSR2 시그널을 통해서 클라이언트 a의 문자열을 수신하는 도중 클라이언트 b의 SIGUSR1, SIGUSR2 시그널이 온다면 siginfo_t에 있는 pid를 확인해서 클라이언트 b에게 잠시 후에 다시 통신 요청을 보내라고 신호를 줄 수 있다 (이 신호 역시 SIGUSR1 또는 SIGUSR2를 사용하면 된다)

5. siginfo_t 구조체

sys/signal.h 헤더파일 안에 siginfo_t 구조체가 정의되어있다. 이 헤더파일은 signal.h에서 include 하므로 signal.h만 include 해줘도 된다. sys/signal.h는 시그널에 대한 define도 되어있다.

#include <sys/signal.h>
//signal.h에서 sys/signal.h를 include한다.

#define SIGHUP 1
#define SIGINT 2

//중략...

#define SIGUSR1 30
#define SIGUSR2 31

typedef struct __siginfo {
	int     si_signo;               /* signal number */
	int     si_errno;               /* errno association */
	int     si_code;                /* signal code */
	pid_t   si_pid;                 /* sending process */
	uid_t   si_uid;                 /* sender's ruid */
	int     si_status;              /* exit value */
	void    *si_addr;               /* faulting instruction */
	union sigval si_value;          /* signal value */
	long    si_band;                /* band event for SIGPOLL */
	unsigned long   __pad[7];       /* Reserved for Future Use */
} siginfo_t;

siginfo_t 에서 si_pid가 시그널을 보낸 프로세스의 pid이다. 나머지 멤버는 이 과제에서는 사용할 일이 없을 것으로 보인다.

 

GitHub

https://github.com/Kloong1/42Seoul_minitalk

GitHub - Kloong1/42Seoul_minitalk: Minitalk subject of 42 Seoul

참고

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=gaechuni&logNo=221154760245

Chapter 7. 시그널

https://velog.io/@two_jay/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%A0%9D%ED%8A%B8-%ED%9A%8C%EA%B3%A0-minitalk

프로젝트 회고 : minitalk

https://velog.io/@bahn/Minitalk

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