|
|
Close Help | ||||||||||||||
|
|
|
Close Help | ||||||||||||||
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Задача реализации модельного SQL-интерпретатора разбивается на следующие подзадачи:
1. Реализация архитектуры “Клиент - Сервер”.
2. Реализация SQL-интерпретатора.
3. Реализация модельного SQL-сервера на базе разработанного интерпретатора и библиотеки функций для работы с файлами данных.
4. Реализация интерфейса пользователя с модельным SQL-сервером.
5. Реализация модельной базы данных, демонстрирующей работоспо-собность разработанной программы.
Архитектура “Клиент-Сервер” предполагает наличие одного или нескольких (в зависимости от варианта задания) процессов-клиентов, принимающих запрос к реляционной базе данных, записанный на модельном SQL. Клиентский процесс передает запрос процессу-серверу, который осуществляет поиск в базе данных в соответствии с запросом и передает результат поиска клиенту.
SQL-интерпретатор реализует некоторое подмножество предложений языка SQL, называемое далее модельным SQL. Описание модельного SQL см.ниже в разделе “Методические указания”. Синтаксический анализ SQL-предложений рекомендуется проводить методом рекурсивного спуска [4]. Интерпретацию SQL-предложений необходимо реализовать с помощью библиотеки для работы с файлами данных, описание которой приведено в п. 2.
Интерфейс пользователя должен давать возможность вводить и редактировать SQL-запросы и просматривать их результаты в табличном виде. Конкретные детали интерфейса оставляются на усмотрение преподавателя.
I. Архитектура “Клиент - Сервер”.
1. Один клиент. Клиент и сервер на одной ЭВМ.
2. Один клиент. Клиент и сервер в сети ЭВМ.
3. Несколько клиентов. Клиенты и сервер на одной ЭВМ.
4. Несколько клиентов. Клиенты и сервер в сети ЭВМ.
II. Функции и способ взаимодействия клиента и сервера.
1. Клиент получает от пользователя запрос на модельном SQL, не анализируя его, передает серверу. Сервер анализирует запрос и в случае его корректности выполняет запрос и передает клиенту ответ. Если же запрос некорректен, сервер передает клиенту соответствующий код ошибки. Клиент выдает пользователю либо ответ на его запрос, либо сообщение об ошибке в каком-либо удобном виде.
2. Клиент получает от пользователя запрос на SQL, анализирует его и в случае ошибки сообщает об этом пользователю, иначе передает серверу запрос в некотором внутреннем представлении. Сервер обращается к БД, определяет ответ на запрос и передает его клиенту. Клиент выдает пользователю ответ сервера в каком-либо удобном виде.
1. Постановка задачи (конкретный вариант).
2. Описание способа взаимодействия процесса-клиента и процесса-сервера.
3. Описание интерфейса пользователя с процессом-клиентом, перечень типов обнаруживаемых ошибок и выдаваемых диагностических сообщений.
4. Листинг основных программ и структур на языке С (по просьбе преподавателя).
1. Моделирование архитектуры “Клиент-Сервер”.
Межпроцессное взаимодействие можно организовать, используя модель “Клиент - Сервер”. В этой модели один процесс, называемый сервером, отвечает за обработку запросов, получаемых им от других процессов - клиентов. Таким образом, клиент-серверная архитектура тесно связана с механизмами межпроцессного взаимодействия. Традиционный механизм программных каналов (pipe) не подходит для клиент-серверных приложений, так как каналы могут связывать только процессы, запущенные одним пользователем. Кроме того, клиентские и серверные процессы могут выполняться на разных компьютерах ( и даже в разных операционных системах ), что предъявляет особые требования к механизму межпроцессной связи. Таким требованиям удовлетворяет механизм сокетов, кратко описываемый ниже.
Обычно, когда вызывается программа сервер, она запрашивает у операционной системы сокет (socket) (средство для соединения, связи процессов). Когда сервер получает сокет, он связывает с ним некоторое стандартное имя, чтобы программы-клиенты могли общаться с сервером через данный сокет по этому имени.
После присваивания имени сокету, сервер “слушает” на этом сокете требования связи (запросы) от процессов-клиентов. Когда запрос появляется, сервер может допустить или запретить связь клиента с сервером. Если связь допустима, ОС соединяет клиента с сервером, и сервер получает возможность получать сообщения от клиента и посылать ему ответы аналогично pipe-механизму.
Клиент также запрашивает у ОС свой сокет для взаимодействия с другим процессом (сервером), а затем сообщает имя сокета, с которым он хотел бы связаться. ОС пытается найти сокет c заданным именем и, если находит его, посылает серверу, слушающему этот сокет, запрос связи. Если сервер допускает связь, ОС создает специальный сокет, соединяющий два процесса, и клиент получает возможность посылать и получать данные от сервера аналогично механизму программных каналов.
(ОС Berkeley UNIX)
Функция socket.
Эта функция используется для создания сокета.
Прототип:
int socket (int domain, int type, int protocol);
Первый параметр - домен - накладывает определенные ограничения на формат используемых процессом адресов и их интерпретацию. При работе с одной ЭВМ используется UNIX-домен, где адреса интерпретируются как имена файлов в UNIX. В этом случае в качестве первого параметра указывается константа AF-UNIX (AF - Address Family).
Второй параметр определяет тип канала связи с сокетом, который должен быть использован.
Существует несколько типов каналов связи с сокетом, доступных при межпроцессном взаимодействии в UNIX, но обычно используются следующие два:
SOCK_STREAM - при этом типе связи поступающим в канал байтам информации гарантируется “доставка” в порядке их поступления; пока непрерывный поток байтов не прекратится, никакие другие данные приниматься каналом не будут (аналогом такой связи является pipe-механизм);
SOCK_DGRAM - этот тип связи используется для посылки отдельных пакетов информации, называемых datagrams; при этом не гарантируется, что пакеты будут доставлены на место назначения в порядке поступления, а в действительности не гарантируется, что они все вообще будут доставлены (пример такого типа связи - обычная почтовая связь).
Третий параметр позволяет программисту выбрать нужный протокол для канала связи. Если этот параметр равен нулю, ОС выберет нужный протокол автоматически.
Функция socket возвращает целое положительное число - номер сокет-дескриптора (который можно использовать, например, в функциях read и write аналогично файловому дескриптору). Если же сокет по каким-либо причинам не был создан (например, очень много открытых файлов), возвращается -1, а в переменную “errno” записывается причина неудачи.
Константы, используемые в качестве аргументов при вызове socket, определены во включаемых файлах sys/socket.h и sys/types.h.
Функция bind.
Эта функция используется сервером для присваивания сокету имени. До выполнения функции bind (т.е. присваивания какого-либо имени, вид которого зависит от адресного домена ) сокет недоступен программам-клиентам.
Прототип:
int bind(int s, char * name, int namelen);
Первый параметр - сокет-дескриптор, который данная функция именует. Второй параметр - указатель на структуру имени сокета, тип которой зависит от домена. Для UNIX-домена этот тип называется sockaddr_un, он определен во включаемом файле sys/un.h и выглядит таким образом:
struct sockaddr_un {
short sun_family;
char sun_path[108];
};
В качестве первого элемента структуры, обозначающего класс адресов, мы будем использовать константу AF_UNIX, второй элемент - имя файла, который будет соответствовать используемому сокету.
Файл c именем, указанным в sun_path, действительно создается, поэтому после окончания работы с данным сокетом надо выполнить функцию unlink, в противном случае другие программы, которые попытаются использовать данное имя, получат сообщение об ошибке.
Функция listen.
Функция listen используется сервером, чтобы информировать ОС, что он ожидает (“слушает”) запросы связи на данном сокете. Без такой функции всякое требование связи с этим сокетом будет отвергнуто.
Прототип:
int listen(int s, int backlog);
Первый аргумент - сокет для прослушивания, второй аргумент (backlog) - целое положительное число, определяющее, как много запросов связи может быть принято на сокет одновременно. В большинстве систем это значение должно быть не больше пяти. Заметим, что это число не имеет отношения к числу соединений, которое может поддерживаться сервером. Аргумент backlog имеет отношение только к числу запросов на соединение, которые приходят одновременно. Число установленных соединений может превышать это число.
Функция accept.
Эта функция используется сервером для принятия связи на сокет. Сокет должен быть уже слушающим в момент вызова функции. Если сервер устанавливает связь с клиентом, то функция accept возвращает новый сокет-дескриптор, через который и происходит общение клиента с сервером. Пока устанавливается связь клиента с сервером, функция accept блокирует другие запросы связи с данным сервером, а после установления связи “прослушивание” запросов возобновляется.
Прототип:
int accept(int s, char * name, int* anamelen);
Первый аргумент функции - сокет-дескриптор для принятия связей от клиентов. Второй аргумент - указатель на адрес клиента (структура sockaddr) для соответствующего домена. Третий аргумент - указатель на целое число - длину структуры адреса. Второй и третий аргументы заполняются соответствующими значениями в момент установления связи клиента с сервером и позволяют серверу точно определить, с каким именно клиентом он общается. Если сервер не интересуется адресом клиента, в качестве второго и третьего аргументов можно задать NULL-указатели.
Функция connect.
Функция connect используется процессом-клиентом для установления связи с сервером.
Прототип:
int connect(int s, char * name, int namelen);
Первый аргумент - сокет-дескриптор клиента. Второй аргумент - указатель на адрес сервера (структура sockaddr) для соответствующего домена. Третий аргумент - целое число - длина структуры адреса.
Функция возвращает 0, если вызов успешный, и -1 иначе.
Функция send.
Функция служит для записи данных в сокет.
Прототип:
int send(int s, char * buf, int len, int flags);
Первый аргумент - сокет-дескриптор, в который записываются данные. Второй и третий аргументы - соответственно, адрес и длина буфера с записываемыми данными. Четвертый параметр - это комбинация битовых флагов, управляющих режимами записи. Если аргумент flags равен нулю, то запись в сокет (и, соответственно, считывание ) происходит в порядке поступления байтов. Если значение flags есть MSG_OOB, то записываемые данные передаются потребителю вне очереди.
Функция возвращает число записанных в сокет байтов ( в нормальном случае должно быть равно значению параметра len ) или -1 в случае ошибки. Отметим, что запись в сокет не означает, что данные приняты на другом конце соединения процессом-потребителем. Для этого процесс-потребитель должен выполнить функцию recv ( см. ниже ). Таким образом, функции чтения и записи в сокет выполняются асинхронно.
Функция recv.
Функция служит для чтения данных из сокета.
Прототип:
int recv(int s, char * buf, int len, int flags);
Первый аргумент - сокет-дескриптор, из которого читаются данные. Второй и третий аргументы - соответственно, адрес и длина буфера для записи читаемых данных. Четвертый параметр - это комбинация битовых флагов, управляющих режимами чтения. Если аргумент flags равен нулю, то считанные данные удаляются из сокета. Если значение flags есть MSG_PEEK, то данные не удаляются и могут быть считаны последущим вызовом ( или вызовами ) recv.
Функция возвращает число считанных байтов или -1 в случае ошибки. Следует отметить, что нулевое значение не является ошибкой. Оно сигнализирует об отсутствии записанных в сокет процессом-поставщиком данных.
Функция shutdown.
Эта функция используется для немедленного закрытия всех или части связей на сокет.
Прототип:
int shutdown(int s, int how);
Первый аргумент функции - сокет-дескриптор, который должен быть закрыт. Второй аргумент - целое значение, указывающее, каким образом закрывается сокет, а именно:
0 - сокет закрывается для чтения;
1 - сокет закрывается для записи;
2 - сокет закрывается для чтения и для записи.
Функция close.
Эта функция закрывает сокет и разрывает все соединения с этим сокетом. В отличие от функции shutdown функция close.может дожидаться окончания всех операций с сокетом, обеспечивая “нормальное”, а не аварийное закрытие соединений.
Прототип:
int close (int s);
Аргумент функции - закрываемый сокет-дескриптор.
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stdio.h>
#define ADDRESS “mysocket” /* адрес для связи */
void main ()
{ char c;
int i, s, len;
FILE *fp;
struct sockaddr_un sa;
/* получаем свой сокет-дескриптор: */
if ((s = socket (AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0))<0){ perror (“client: socket”); exit (1);
}
/* создаем адрес, по которому будем связываться с сервером: */
sa.sun_family = AF_UNIX;
strcpy (sa.sun_path, ADDRESS);
/* пытаемся связаться с сервером: */
len = sizeof ( sa.sun_family) + strlen ( sa.sun_path);
if ( connect ( s, &sa, len) < 0 ){
perror (“client: connect”); exit (1);
}
/*--------------------------------------------- */
/* читаем сообщения сервера */
fp = fdopen (s, “r”);
c = fgetc (fp);
/* обрабатываем информацию от сервера
...................................
*/
/* посылаем ответ серверу */
send (s, “client”, 7, 0);
/* продолжаем диалог с сервером, пока в этом есть
необходимость
............................
*/
/* завершаем сеанс работы */
close (s);
exit (0);
}
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stdio.h>
#define ADDRESS “mysocket” /* адрес для связи */
void main ()
{ char c;
int i, d, d1, len, ca_len;
FILE *fp;
struct sockaddr_un sa, ca;
/* получаем свой сокет-дескриптор: */
if((d = socket (AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
perror (“client: socket”); exit (1);
}
/* создаем адрес, c которым будут связываться клиенты */
sa.sun_family = AF_UNIX;
strcpy (sa.sun_path, ADDRESS);
/* связываем адрес с сокетом;
уничтожаем файл с именем ADDRESS, если он существует,
для того, чтобы вызов bind завершился успешно
*/
unlink (ADDRESS);
len = sizeof ( sa.sun_family) + strlen (sa.sun_path);
if ( bind ( d, &sa, len) < 0 ) {
perror (“server: bind”); exit (1);
}
/* слушаем запросы на сокет */
if ( listen ( d, 5) < 0 ) {
perror (“server: listen”); exit (1);
}
/* связываемся с клиентом через неименованный сокет с дескриптором d1:
*/
if (( d1 = accept ( d, &ca, &ca_len)) < 0 ) {
perror (“server: accept”); exit (1);
}
/* ------------------------------------------ */
/* пишем клиенту: */
send (d1, “server”, 7, 0);
/* читаем запрос клиента */
fp = fdopen (d1, “r”);
c = fgetc (fp);
/* ................................ */
/* обрабатываем запрос клиента,
посылаем ответ и т.д.
...........................
*/
/* завершаем сеанс работы */
close (d1);
exit (0);
}
(ОС Berkeley UNIX)
Сетевые средства ОС UNIX также базируются на механизме сокетов, рассмотренном выше, но работают в Internet -домене.
В UNIX домене адрес программы специфицируется стандартным UNIX path name. Этот домен не подходит для работы с сетью, так как не все компьютеры, связанные в сеть, работают в ОС UNIX, а следовательно, могут иметь другие способы спецификации адресов, поэтому при организации межпроцессного взаимодействия для сети ЭВМ используется Internet-домен.
Адреса программ, используемые в Internet-домене, состоят из двух чисел: первое - тридцатидвухбитовый номер компьютера, на котором находится программа, второе - шестнадцатибитовый номер порта.
Каждый компьютер в сети, будь то глобальная или локальная сеть, имеет уникальный (в данной сети) номер, однозначно идентифицирующий компьютер при сетевом взаимодействии. Отметим, что хотя сетевой номер похож на имя машины, но это не то же самое, что хост-имя (hostname- главное, основное имя ) компьютера. Хост-имя неудобно использовать в качестве сетевого адреса, так как, во-первых, нельзя гарантировать уникальность хост-имени в сети, во-вторых, хост-имя - как правило, строка (переменной длины) в отличие от сетевого номера, имеющего фиксированный формат и длину. Кроме того, допускается,что один и тот же компьютер может принадлежать более, чем одной сети, т.е. иметь несколько сетевых номеров. Каждый сетевой номер говорит ОС, как связаться с конкретной ЭВМ, используя различные сетевые пути.
Однако, сетевого номера недостаточно для идентификации сетевого взаимодействия, так как в ОС UNIX одновременно может выполняться несколько процессов, каждый из которых может поддерживать свои сетевые соединения. Поэтому каждый процесс, с которым можно установить сетевое соединение, имеет свой номер порта, который в некотором смысле аналогичен имени файла, используемому в UNIX-домене.
Например, сервер передачи файлов по протоколу FTP использует порт 21. Поэтому программа, желающая связаться с FTP-сервером на компьютере с сетевым номером 12345, должна указать Internet-адрес (12345, 21).
Пользователю обычно известно хост-имя своего компьютера. Если же это не так, то можно воспользоваться функцией gethostname.
Функция gethostname.
Прототип:
int gethostname (char * buffer, int buflen);
Первый аргумент функции - символьный буфер, в который в результате выполнения функции запишется строка - хост-имя компьютера; второй аргумент - целое число - длина символьного буфера. В случае, если длины буфера не хватает для хранения хост-имени, функция возвращает -1, иначе - 0.
Чтобы использовать хост-имя в качестве сетевого адреса, надо его преобразовать в сетевой номер. Соответствия между хост-именами и сетевыми номерами хранятся в системном текстовом файле /etc/hosts .
Функция gethostbyname.
Прототип:
struct hostent * gethostbyname (char * hostname);
У этой функции один аргумент (строка символов hostname) - хост-имя. Она возвращает указатель на структуру struct hostent , определенную во включаемом файле <netdb.h> :
struct hostent
{ char* h_name; /* hostname ЭВМ */
сhar** h_aliases; /* список синонимов */
int h_addrtype; /* тип адресов ЭВМ */
int h_length; /* длина адреса */
char** h_addr_list /* список адресов (для
разных сетей) */
#define h_addr h_addr_list[0]
};
Если же указанного хост-имени нет в базе данных, возвращается константа NULL.
Большинство обслуживающих сеть программ имеют стандартные общеизвестные номера портов, которые помещаются в начале спецификаций протоколов, которые их используют. Это позволяет программе-клиенту на одной машине контактировать с программой-сервером на любой другой машине без определения того, на каком конкретно порте находится соответствующая обслуживающая программа на данной ЭВМ.
Номера портов для стандартных обслуживающих программ перечислены вместе с их именами в текстовом файле /etc/services .
Функция getservbyname.
Эта функция используется для того, чтобы получить номер порта конкретной обслуживающей программы.
Прототип:
struct servent* getservbyname(char * name, char * proto);
Первый аргумент функции - имя нужной обслуживающей программы, второй аргумент - строка символов: “tcp” или “udp”. Второй аргумент нужен для того, чтобы определить, хочет ли программа порт для типа связи SOCK_STREAM (“tcp”) или для типа связи SOCK_DGRAM (“udp”).
Функция возвращает указатель на структуру типа struct servent , определенную во включаемом файле <netdb.h> :
struct servent {
char* s_name; /* имя обслуживающей программы */
char** s_aliases; /* список синонимов */
int s_port; /* номер порта */
char* s_proto; /* используемый протокол */
};
Если же обслуживающая программа не найдена в базе данных, возвращается константа NULL.
Обычные пользовательские программы могут использовать любые свободные порты, но их номера должны лежать в пределах от 1025 до 32767 в соответствии с требованиями ОС UNIX и ARPANET (international network) administration, зарезервировавших номера меньшие 1025 для своих обслуживающих программ и специальных пользователей.
Известно, что целые числа хранятся в различных компьютерах разными способами. Некоторые компьютеры хранят целые числа в перевернутом виде, т.е. старшие байты числа имеют меньший адрес по сравнению с младшим байтом, в других же наоборот старший байт имеет больший адрес. Чтобы избежать путаницы при взаимодействии машин, использующих различный порядок байтов, network software требует, чтобы все целочисленные данные были представлены в сетевом байтовом порядке. Для того, чтобы привести целые числа к сетевому байтовому порядку, используются следующие две функции.
Функция htons.
Прототип:
short htons (short i);
Функция htonl.
Прототип:
long htonl (long i);
Эти функции переводят короткие (htons) и длинные (htonl) целые числа из байтового порядка компьютера в сетевой.
Следующие две функции производят обратные действия, т.е. переводят короткие и длинные целые числа соответственно из сетевого байтового порядка в представление, принятое на данном компьютере.
Функция ntohs.
Прототип:
short ntohs (short i);
Функция ntohl.
Прототип:
long ntohl (long i);
Замечание: функции gethostbyname и getservbyname возвращают все данные и их структуры в сетевом байтовом порядке, т.е. дополнительные преобразования не требуются.
Системные функции для межпроцессного взаимодействия, используемые при решении сетевых задач, те же, что и для межпроцессного взаимодействия на одной машине. Существует лишь несколько различий в параметрах, передаваемых этим системным функциям.
Во-первых, в качестве первого параметра функции socket используется константа AF_INET, определяющая Internet-домен. В качестве второго параметра также указывается либо SOCK_STREAM либо SOCK_DGRAM.
Во вторых, в качестве типа sockaddr-структуры, используемой функциями accept, bind, connect, send и recv, употребляется тип sockadd_in, который объявлен во включаемом файле <netinet/in.h>:
struct sockaddr_in {
short sin_family;
u_short sin_port; /* номер порта */
struct in_addr sin_addr; /* сетевой номер ЭВМ */
char sin_zero[8];
};
struct in_addr {
u_long s_addr;
};
Типы u_short (unsigned short) и u_long ( unsigned long) определены во включаемом файле <sys/types.h>. Номера портов и сетевые номера компьютеров должны указываться в сетевом байтовом порядке.
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
extern int errno;
void main ()
{ char c;
int s;
FILE *fp;
char hostname[64];
struct hostent *hp;
struct sockaddr_in sin;
/* в этом примере клиент и сервер выполняются на одном компьютере, но программа
легко обобщается на случай разных компьютеров. Для этого можно, например,
использовать хост-имя не собственного компьютера, как ниже, а имя компьютера, на
котором выполняется процесс-сервер */
/* прежде всего получаем hostname собственной ЭВМ: */
gethostname (hostname, sizeof (hostname));
/* затем определяем сетевой номер своей машины: */
if ((hp = gethostbyname (hostname)) == NULL){
fprintf (stderr, “%s: unknown host.\n”,
hostname);
exit (1);
}
/* получаем свой сокет-дескриптор: */
if ((s = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
perror (“client: socket”);
exit (1);
}
/* создаем адрес, по которому будем связываться с сервером: */
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons (1234);
/* копируем сетевой номер: */
bcopy (hp -> h_addr, &sin.sin_addr, hp ->
h_length);
/* пытаемся связаться с сервером: */
if ( connect ( s, &sin, sizeof (sin)) < 0 ) {
perror (“client: connect”); exit (1);
}
/*--------------------------------------------- */
/* читаем сообщения сервера */
fp = fdopen (s, “r”);
c = fgetc (fp);
/* обрабатываем информацию от сервера
...................................
*/
/* посылаем ответ серверу */
send (s, “client”, 7, 0);
/* продолжаем диалог с сервером, пока в этом есть
необходимость
............................
*/
/* завершаем сеанс работы */
close (s);
exit (0);
}
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
extern int errno;
void main (){
char c;
int d, d1, fromlen;
FILE *fp;
char hostname[64];
struct hostent *hp;
struct sockaddr_in sin, fromsin;
/* получаем хост-имя собственной ЭВМ: */
gethostname (hostname, sizeof (hostname));
/* определяем сетевой номер своей машины: */
if ((hp = gethostbyname (hostname)) == NULL) {
fprintf (stderr, “%s: unknown host.\n”,
hostname);
exit (1);
}
/* получаем свой сокет-дескриптор: */
if ((d = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
perror (“client: socket”);
exit (1);
}
/* создаем адрес, который свяжется с сокетом: */
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons (1234);
/* копируем сетевой номер: */
bcopy (hp->h_addr, &sin.sin_addr, hp->h_length);
/* связываем адрес с сокетом */
if ( bind ( d, &sin, sizeof (sin)) < 0 ){
perror (“server: bind”); exit (1);
}
/* слушаем запросы на сокет */
if ( listen ( d, 5) < 0 )
{
perror (“server: listen”);
exit (1);
}
/* связываемся с клиентом через неименованный сокет с дескриптором d1;
после установления связи адрес клиента содержится
в структуре fromsin
*/
if (( d1 = accept ( d, &fromsin, &fromlen)) < 0 )
{
perror (“server: accept”);
exit (1);
}
/* ----------------------------------------- */
/* пишем клиенту: */
send (d1, “server”, 7, 0);
/* читаем запрос клиента */
fp = fdopen (d1, “r”);
c = fgetc (fp);
/* ................................ */
/* обрабатываем запрос клиента,
посылаем ответ и т.д.
...........................
*/
/* завершаем сеанс работы */
close (d);
exit (0);
}
2. БД и СУБД
Обычно, говоря о базе данных, подразумевают некоторую систему базы данных, имеющую в своем составе следующие основные компоненты: непосредственно базу данных (БД), систему управления базой данных (СУБД) и язык данных (язык общения пользователя с БД, в нашем случае это модельный язык SQL).
Собственно БД - совокупность данных, хранящихся во внешней памяти. В системе базы данных обычно выделяют три основных уровня хранения информации: внутренний, концептуальный и внешний. Внутренний уровень наиболее близок к физической памяти, т.е. связан со способом фактического хранения информации. Внешний уровень наиболее близок к пользователям, т.е. связан с тем, как отдельные пользователи представляют себе эти данные. Концептуальный уровень - промежуточный уровень между двумя другими - есть представление полного информационного содержания базы данных в несколько абстрактной форме по сравнению со способом физического хранения данных.
СУБД - программа, которая управляет всем доступом к базе данных.В общих чертах это происходит следующим образом:
- пользователь выдает запрос на доступ к БД, используя конкретный язык данных;
- СУБД принимает запрос, анализирует и интерпретирует его, обследуя по очереди внешнее представление, отображение “внешний - концепту-альный”, концептуальное представление, отображение “концептуальный - внутренний” и структуру хранения;
- СУБД выполняет необходимые операции над хранимой БД;
- СУБД выдает ответ пользователю, сначала выбирая все требуемые экземпляры хранимых записей, затем получая экземпляры концептуальных записей и уже потом формируя требуемый экземпляр внешней записи.
Ядром любой системы данных является модель данных, которая в частности определяет выбор языка данных. Имеются три широкоизвестные модели данных: реляционная, иерархическая и сетевая [ 1 ].
В данной разработке для хранения информации предлагается создать реляционную БД, состоящую из нескольких (2 -5) таблиц.
На логическом (концептуальном) и внешнем уровнях каждая таблица представляет собой совокупность записей. Все записи одной таблицы имеют одинаковую структуру. Каждая запись состоит из нескольких полей.
С каждым полем связываются следующие характеристики: имя поля, тип поля, длина поля и значение поля.
Имена, типы, и длины полей задаются при определении структуры таблицы.
На физическом (внутреннем) уровне таблицы предлагается реализовать с помощью готовой библиотеки функций для работы с файлами данных. Файл с таблицей помимо данных (записей) содержит описание структуры таблицы, определяющей поля данной таблицы. Эта структура загружается в оперативную память при открытии соответствующей таблицы и используется при всех операциях, производимых над таблицами.
Для работы с таблицами реализованы процедуры, позволяющие:
- создавать новые таблицы,
- удалять существующие таблицы,
- открывать и закрывать существующие таблицы,
- перемещаться по записям таблицы,
- редактировать отдельные записи таблицы,
- добавлять новые записи в таблицу,
- удалять существующие записи из таблицы.
Операции работы с таблицами реализованы через операции базового (io
- создание или открытие файла (open),
- закрытие файла (close),
- удаление файла (unlink),
- чтение из файла (read),
- запись в файл (write),
- установка на определенную позицию в файле (lseek).
Каждая таблица описывается одним файлом данных. Этот файл состоит из двух частей - заголовка, в котором описывается структура таблицы, и собственно записей. Заголовок содержит информацию о числе полей и для каждого поля - его тип (строковый или длинный целый). Для строковых полей, кроме того, хранится их длина. Заголовок файла представляется в памяти структурой struct TableStruct, описанной ниже.
Все операции с таблицами (кроме создания и удаления таблицы) происходят через дескриптор таблицы типа THandle, получаемый в результате вызова функции открытия таблицы. Таким образом, гарантируется, что пользователь-программист не может работать с таблицами иначе, чем через явно описанный ниже интерфейс. Тип THandle представляет собой указатель на структуру struct Table:
typedef struct Table* THandle;
Эта структура является “скрытой” от пользователя БД и содержит информацию, необходимую для перевода операций над таблицами в операции базового ввода/вывода. С точки зрения пользователя работа с таблицами ведется только через указатель типа THandle и соответствующие функции.
Ниже приводится перечень структур данных и прототипов функций работы с таблицами (файл table.h), которые необходимо использовать для выполнения задания.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#if !defined(_Table_h_)
#define _Table_h
#define MaxFieldNameLen 50 /* Максимальное число символов
в названии поля */
#define MaxTableNameLen 12 /* Максимальное число символов
в имени таблицы */
#define MaxNumFields 100 /* Максимальное количество
полей в записи таблицы */
enum Errors /* Определяет возможные коды ошибок при
работе с таблицами */
{
OK, /* Ошибок нет */
CantCreateTable,
CantOpenTable,
FieldNotFound,
BadHandle,
.................
};
/* Возможные сообщения об ошибках */
char* ErrorText[]=
{ "Success.",
"Can't create table.",
"Can't open table.",
"Field not found.",
"Bad table handle",
..................
};
/* Каждой таблице, с которой работает пользователь, должен соответствовать
дескриптор типа THandle, получаемый от процедуры открытия таблицы. Все операции
работы с таблицами используют этот дескриптор для ссылок на конкретную
таблицу.*/
typedef struct Table * THandle;
typedef unsigned Bool; /* Булевский тип */
#define TRUE 1
#define FALSE 0
/* Следующий тип определяет возможные типы данных, хранимых в таблицах */
enum FieldType
{
Text, /* строка ( не более 256 символов) */
Long, /* целое длинное знаковое число */
};
/* Эта структура задает описание одного поля таблицы */
struct FieldDef
{
char name[MaxFieldNameLen]; /* имя данного поля */
enum FieldType type; /* тип поля */
unsigned len; /* длина поля в байтах */
};
/* Следующая структура определяет структуру таблицы и используется при создании
новой таблицы. Информация об этой структуре хранится в табличном файле */
struct TableStruct
{
unsigned numOfFields; /* число полей в таблице */
struct FieldDef *fieldsDef; /* динамический массив,
каждый элемент которого - описание поля таблицы */
};
/******************************************************/
/* Ниже описываются прототипы функций для работы */
/* с таблицами. После каждого прототипа следует */
/* краткий комментарий */
enum Errors createTable(char *tableName,
struct TableStruct *tableStruct);
/* Функция создает новую таблицу с заданным именем и структурой. При этом
создается новый файл в текущей директории, в начальных областях файла
сохраняется структура таблицы */
enum Errors deleteTable(char *tableName);
/* Функция удаляет таблицу с заданным именем */
enum Errors openTable(char *tableName, THandle *tableHandle);
/* Функция открывает таблицу с заданным именем для работы. По адресу tableHandle
записывается дескриптор, который должен использоваться для ссылок на данную
таблицу. При этом открывается файл таблицы. На основе заголовка файла таблицы,
хранящего информацию о структуре таблицы, в оперативной памяти заполняется
соответствующий элемент типа struct TableStruct. Создаются буферы для работы с
текущей записью и для создания новой записи. Размер буферов определяется на
основе структуры таблицы. */
enum Errors closeTable(THandle tableHandle);
/* Функция закрывает таблицу для использования. При этом освобождается место,
занимаемое данной таблицей,и буферы, закрывается файл таблицы. */
enum Errors moveFirst(THandle tableHandle);
/* Функция устанавливает указатель файла на первую запись (если она есть) и
считывает запись в буфер текущей записи. Если таблица пуста, то состояние буфера
текущей записи не определено. При этом функции afterLast и beforeFirst выдают
значение TRUE.*/
enum Errors moveLast(THandle tableHandle);
/* Функция устанавливает указатель файла на последнюю запись (если она есть) и
считывает запись в буфер текущей записи.. Если таблица пуста, то состояние
буфера текущей записи не определено. При этом функции afterLast и beforeFirst
выдают значение TRUE.*/
enum Errors moveNext(THandle tableHandle);
/* Функция устанавливает указатель файла на следующую в файле запись (если она
есть) и считывает запись в буфер текущей записи.. Если буфер уже находился на
последней записи, то он переходит в состояние “после последней”, в
котором содержимое буфера не определено. При этом функция afterLast выдает
значение TRUE.*/
enum Errors movePrevios(THandle tableHandle);
/* Функция устанавливает указатель файла на предыдущую запись (если она есть) и
считывает запись в буфер текущей записи.. Если буфер уже находился на первой
записи, то он переходит в состояние “перед первой”, в котором
содержимое буфера не определено. При этом функция beforeFirst выдает значение
TRUE.*/
Bool beforeFirst(THandle tableHandle);
/* Функция выдает значение TRUE, если таблица пуста или если в состоянии
“на первой записи” выполняется операция movePrevios, иначе выдается
значение FALSE. */
Bool afterLast(THandle tableHandle);
/* Функция выдает значение TRUE, если таблица пуста или если в состоянии
“на последней записи” выполняется операция moveNext, иначе выдается
значение FALSE. */
enum Errors getText(THandle tableHandle, char *fieldName,
char **pvalue);
/* Функция присваивает переменной pvalue указатель на строку - значение поля
fieldName. */
enum Errors getLong(THandle tableHandle, char *fieldName,
long *pvalue);
/* Функция присваивает переменной pvalue целое число - значение поля
fieldName. */
enum Errors startEdit(THandle tableHandle);
/* Функция используется перед началом редактирования текущей записи */
enum Errors putText(THandle tableHandle, char *fieldName,
char *value);
/* Функция присваивает полю fieldName - значение-строку */
enum Errors putLong(THandle tableHandle, char *fieldName,
long value);
/* Функция присваивает полю fieldName значение - целое число */
enum Errors finishEdit(THandle tableHandle);
/* Функция заканчивает редактирование текущей записи (в буфере). При этом
производится запись обновленной записи в файл. */
enum Errors createNew(THandle tableHandle);
/* Функция обнуляет буфер новой записи, она используется перед заполнением
буфера новой записи конкретными значениями */
/* Следующие две функции присваивают значения соответствующим полям в буфере
новой записи. */
enum Errors putTextNew(THandle tableHandle, char *fieldName, char *value);
enum Errors putLongNew(THandle tableHandle, char * fieldName, long value);
enum Errors insertNew(THandle tableHandle);
/* Функция вставляет новую запись из буфера новой записи перед текущей записью
(со сдвигом “хвоста”).*/
enum Errors insertaNew(THandle tableHandle);
/* Функция вставляет новую запись из буфера новой записи в начало таблицы.*/
enum Errors insertzNew(THandle tableHandle);
/* Функция вставляет новую запись из буфера новой записи в конец таблицы.*/
enum Errors deleteRec(THandle tableHandle);
/* Функция удаляет текущую запись. При этом, если есть следующая запись, то она
автоматически становится текущей, если нет, то появляется состояние “после
последней”. */
char *getErrorString(enum Errors code);
/* Функция по коду ошибки выдает ее представление в виде строки.*/
enum Errors getFieldLen(THandle tableHandle,
char*fieldName,unsigned *plen);
/* Функция выдает длину поля таблицы в байтах. */
enum Errors getFieldType(THandle tableHandle,
char *fieldName, enum FieldType *ptype);
/* Функция выдает тип поля таблицы. */
enum Errors getFieldsNum(THandle tableHandle,
unsigned *pNum);
/* Функция выдает число полей в таблице. */
enum Errors getFieldName(THandle tableHandle,
unsigned index, char **pFieldName);
/* Функция по номеру поля в таблице выдает его имя. Поля нумеруются с 1. */
#endif
Язык SQL - простой и достаточно мощный язык взаимодействия пользователя с реляционными базами данных, разработанный фирмой IBM. Все необходимые пользователю операции, совершаемые над реляционными базами данных, могут задаваться с помощью SQL-предложений.
Модельный язык SQL будет включать лишь шесть основных предложений стандарта языка SQL, возможности которых также будут существенно ограничены. Это:
SELECT - непосредственно запрос к базе данных, обеспечивает выборку данных;
INSERT - вставить новую строку данных в таблицу;
UPDATE - обновить значения данных в существующей строке;
DELETE - удалить строку из таблицы;
CREATE - создать таблицу;
DROP - уничтожить таблицу.
Каждое предложение модельного SQL будет относится только к одной таблице, имя которой в нем указано. Получив предложение, интерпретатор должен открыть указанную таблицу, выполнить предложение, запомнить результат и закрыть таблицу. Результатом выполнения каждого предложения (кроме DROP) будет вообще говоря новая таблица, которая в некотором внутреннем представлении должна быть передана клиенту в качестве ответа на запрос. Если же по каким-либо причинам ответить на запрос не удалось, клиент должен получить сообщение о причине неудачи.
<SQL-предложение> ::= <SELECT-предложение> |
<INSERT-предложение> | <UPDATE-предложение> | <DELETE-предложение> | <CREATE-предложение> | <DROP-предложение>
<SELECT-предложение> ::=
SELECT <список полей> FROM <имя таблицы> <WHERE-клауза>
<список полей> ::= <имя поля> { , <имя поля> } | *
<имя таблицы> ::= <имя>
<имя поля> ::= <имя>
<имя>::= <идентификатор языка Си>
Получив SELECT-предложение, интерпретатор выбирает из таблицы <имя таблицы> перечисленные поля в тех строках, которые удовлетворяют WHERE-клаузе.
* - обозначает все поля таблицы.
Результатом выполнения SELECT-предложения является новая, в общем случае меньшая по размерам (возможно пустая) таблица, состоящая из отобранных строк и столбцов (полей).
<INSERT-предложение> ::= INSERT INTO <имя таблицы>
(<значение поля> { , <значение поля> })
<значение поля> ::= <строка> | <длинное целое>
<строка> ::= ‘<символ> {<символ>}’
<символ> ::=
<любой, представляемый в компьютере символ, кроме апострофа ‘>
В соответствии с INSERT- предложением, интерпретатор вставляет в конец таблицы <имя таблицы> строку с перечисленным значением полей. Количество полей и их значения должны соответствовать структуре таблицы. В противном случае выдается сообщение об ошибке.
Результатом выполнения INSERT-предложения является новая, увеличенная на одну строку таблица.
<UPDATE-предложение> ::= UPDATE <имя таблицы> SET <имя поля> = <выражение> <WHERE-клауза>
В ответ на UPDATE-предложение интерпретатор заменяет в каждой строке таблицы <имя таблицы>, удовлетворяющей WHERE-клаузе, значение поля <имя поля> на значение заданного в предложении выражения. Тип выражения должен совпадать с типом поля, в противном случае выдается сообщение об ошибке.
Результатом выполнения UPDATE-предложения является таблица с измененными значениями указанных полей.
<DELETE-предложение> ::=
DELETE FROM <имя таблицы> <WHERE-клауза>
При выполнении DELETE-предложения интерпретатор удаляет из таблицы <имя таблицы> все строки, удовлетворяющие WHERE-клаузе.
Результат выполнения DELETE-предложения - вообще говоря урезанная исходная таблица .
<CREATE-предложение> ::=
CREATE TABLE <имя таблицы> ( <список описаний полей> )
<список описаний полей> ::=
<описание поля> { , <описание поля> }
<описание поля> ::= <имя поля> <тип поля>
<тип поля> ::= TEXT ( <целое без знака> ) | LONG
В результате выполнения CREATE-предложения создается новая пустая таблица <имя таблицы>, структура которой определяется списком описаний полей. Этот список по сути является заголовком таблицы.
В таблице могут храниться либо целые числа ( тип LONG ), либо строки определенной длины ( тип ТЕХТ ). Допустимая длина строки задается целым числом в круглых скобках.
<DROP-предложение> ::= DROP TABLE <имя таблицы>
Выполнение DROP-предложения сводится к удалению таблицы
<имя таблицы> из базы данных (и соответствующего файла из файловой системы ).
<WHERE-клауза> ::=
WHERE <имя поля типа TEXT> [ NOT] LIKE <строка-образец> | WHERE <выражение> [ NOT ] IN ( <список констант> ) |
WHERE <логическое выражение> |
WHERE ALL
<строка-образец> ::= <строка>
<выражение> ::= <Long-выражение> | <Text-выражение>
<список констант> ::= <строка> { , <строка> } |
<длинное целое> { , <длинное целое> }
<Long-выражение> ::=
<Long-слагаемое> { <+|-> <Long-слагаемое> }
<+|-> ::= + | -
<Long-слагаемое> ::=
<Long-множитель> { <*|/|%> <Long-множитель> }
<*|/|%> ::= * | / | %
<Long-множитель> ::= <Long-величина> | ( <Long-выражение> )
<Long-величина> ::= <имя поля типа LONG> | <длинное целое>
<Text-выражение> ::= <имя поля типа TEXT> | <строка>
<логическое выражение> ::=
<логическое слагаемое> { OR <логическое слагаемое> }
<логическое слагаемое> ::=
<логический множитель> { AND <логический множитель> }
<логический множитель> ::= NOT <логический множитель> | ( <логическое выражение> ) |
<отношение>
<отношение> ::= <Text-отношение> | <Long-отношение>
<Text-отношение> ::=
<Text-выражение> <операция сравнения> <Text-выражение>
<Long-отношение> ::=
<Long-выражение> <операция сравнения> <Long-выражение>
<операция сравнения> ::= = | > | < | >= | <= | !=
WHERE-клауза при выполнении предложений SELECT, UPDATE и DELETE играет роль фильтра: требуемые действия производятся не со всеми строками заданной таблицы, а только с теми из них, поля которых удовлетворяют условиям WHERE-клаузы.
Первая альтернатива WHERE-клаузы - LIKE-альтернатива - позволяет выбрать строки, поля которых (они должны быть текстового типа) соответствуют ( не соответствуют в случае с NOT ) строке-образцу. В строке-образце наряду с обычными символами выделены специальные символы. Это:
% - обозначает любую последовательность из нуля или более символов;
_ - обозначает любой одиночный символ;
[ ] - обозначает любой одиночный символ из перечисленных в квадратных скобках. Например, [abcdef] . В квадратных скобках можно задавать и диапазон допустимых символов. Например,[a-f] .
[^ ] - обозначает любой одиночный символ, не принадлежащий перечисленным в квадратных скобках. Например, [^abcdef] или [^a-f].
Вторая альтернатива WHERE-клаузы - IN-альтернатива - содержит выражение текстового или целого типа. Роль переменных в этом выражении играют поля строки таблицы. IN-альтернатива позволяет выбрать те строки, для которых выражение принимает (не принимает в случае с NOT) одно из значений, перечисленных в списке констант <список констант>. Тип констант из списка должен совпадать с типом выражения , а, следовательно, и с типом имен полей, в него входящих.
Третья альтернатива WHERE-клаузы - BOOL-альтернатива - содержит выражение логического типа, содержащее , как и в IN-альтернативе, имена полей строки в качестве переменных. Эта альтернатива позволяет выбрать строки, для которых <логическое выражение> истинно.
Логические операции NOT, AND, OR имеют обычный смысл.
Четвертая альтернатива WHERE-клаузы - ALL-альтернатива - говорит о том, что фильтрацию строк проводить не нужно.
Примеры предложений модельного SQL
1. Создать таблицу Students, состоящую из четырех полей: поля First_name типа TEXT длины 10, поля Surname типа TEXT длины 15, поля Age типа LONG и поля Phone типа TEXT длины 9.
CREATE TABLE Students (First_name TEXT (10),
Surname TEXT (15),
Age LONG,
Phone TEXT (9) )
В результате создается новая пустая таблица Students с заголовком:
First_name Surname Age Phone
Ee структура фиксируется в начальных зонах файла таблицы.
2. Внести в таблицу Stulents сведения о студентах Иванове, Петрове, Федорове и Захарове.
INSERT INTO Students ( ‘Sergey’, ‘Ivanov’, 18, ‘145-45-45’ )
INSERT INTO Students ( ‘Alexey’, ‘Petrov’, 20, ‘343-65-45’ )
INSERT INTO Students ( ‘Andrey’, ‘Fedorov’, 23, ‘123-45-18’ )
INSERT INTO Students ( ‘Alexandre’, ‘Zaharov’, 20, ‘345- 33-33’ )
После выполнения этих предложений таблица будет выглядеть так:
First_name Surname Age Phone
Sergey Ivanov 18 145-45-45
Alexey Petrov 20 343-65-45
Andrey Fedorov 23 123-45-18
Alexandre Zaharov 20 450- 33-33
3. Найти имена и фамилии студентов в возрасте от 18 до 29 лет.
SELECT First_name, Surname FROM Students
WHERE Age IN (18, 19, 20)
Рузультатом выполнения предложения должна быть таблица:
First_name Surname
Sergey Ivanov
Alexey Petrov
Аlexandre Zaharov
4. Выбрать всю информацию о студентах, телефоны которых оканчиваются на 45.
SELECT * FROM Students
WHERE Phone LIKE ‘%-%-45’
Результат выполнения предложения будет такой:
First_name Surname Age Phone
Sergey Ivanov 18 145-45-45
Alexey Petrov 20 343-65-45
5. Выбрать всю информацию о студентах, телефоны которых содержат 45.
SELECT * FROM Students
WHERE Phone LIKE ‘%45%’
В результате будет получена следующая таблица:
First_name Surname Age Phone
Sergey Ivanov 18 145-45-45
Alexey Petrov 20 343-65-45
Andrey Fedorov 23 123-45-18
Alexandre Zaharov 20 450- 33-33
6. Найти телефон студента Иванова.
SELECT Phone FROM Students
WHERE Surname = ‘Ivanov’
Результат:
Phone
145-45-45
7. Найти фамилии всех студентов.
SELECT Surname FROM Students
WHERE ALL
Результат получится таким:
Surname
Ivanov
Petrov
Fedorov
Zaharov
8. Найти информацию о студентах, имена которых начинаются на любую из первых трех букв латинского алфавита, вторая буква их имен не совпадает с m, n, o, третья буква - любая, а четвертая - x.
SELECT * FROM Students
WHERE First_name LIKE ‘[ABC][^mno]_x%’
Ответ на такой запрос будет следующим:
First_name Surname Age Phone
Alexey Petrov 20 343-65-45
Alexandre Zaharov 20 450- 33-33
9. Найти фамилии и телефоны всех студентов старше 19 лет, фамилии которых начинаются с букв второй половины латинского алфавита.
SELECT Surname, Phone FROM Students
WHERE Age > 19 AND Surname > ‘M’
В результате получится следующая таблица:
Surname Phone
Petrov 343-65-45
Zaharov 450- 33-33
10. Увеличить значение поля ‘возраст’ у всех студентов на 1.
UPDATE Students
SET Age = Age + 1
WHERE ALL
Результат выполнения предложения будет таким:
First_name Surname Age Phone
Sergey Ivanov 19 145-45-45
Alexey Petrov 21 343-65-45
Andrey Fedorov 24 123-45-18
Alexandre Zaharov 21 450- 33-33
11. Удалить таблицу Students из базы данных.
DROP TABLE Students
В результате таблица Students будет удалена из базы данных, а соответствующий ей файл - из файловой системы.