Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов (2002), страница 10

int sa_flags

Здесь поле sa_handler — функция-обработчик сигнала, либо константы SIG_IGN или SIG_DFL, говорящие соответственно о том, что необходимо игнорировать сигнал или установить обработчик по умолчанию. В поле sa_mask указывается набор сигналов, которые будут добавлены к маске сигналов на время работы функции-обработчика. Сигнал, для которого устанавливается функция-обработчик, также будет заблокирован на время ее работы. При возврате из функции-обработчика маска сигналов возвращается в первоначальное состояние. В последнем поле указываются флаги, модифицирующие доставку сигнала. Одним из них может быть флаг SA_SIGINFO. Если он установлен, то при получении этого сигнала будет вызван обработчик sa_sigaction, ему помимо номера сигнала также будет передана дополнительная информация о причинах получения сигнала и указатель на контекст процесса.

Итак, «надежные» сигналы являются более мощным средством межпроцессного взаимодействия нежели обычные сигналы. В частности, здесь ликвидированы такие недостатки, как необходимость восстанавливать функцию-обработчик после получения сигнала, имеется возможность отложить получение сигнала на время выполнения критического участка программы, имеются большие возможности получения информации о причине отправления сигнала.

1. Использование надежных сигналов.

При получении сигнала SIGINT четырежды вызывается установленный обработчик, а в пятый раз происходит обработка по умолчанию.

#include <signal.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int count = 1;

struct sigaction action, sa;

void SigHandler(int s)

{

printf("\nI got SIGINT %d time(s)\n", count++);

if (count == 5)

{

action.sa_handler = SIG_DFL;

/* изменяем указатель на функцию-обработчик сигнала */

sigaction(SIGINT, &action, &sa);

/* изменяем обработчик для сигнала SIGINT */

}

}

int main(int argc, char **argv)

{

sigset_t sigset;

sigemptyset(&sigset); /* инициализируем набор сигналов */

sigaddset(&sigset, SIGINT); /*добавляем в набор сигналов бит, соответствующий сигналу SIGINT*/

if (sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &sigset, NULL) == -1)

/*устанавливаем новую сигнальную маску*/

{

printf(“sigprocmask() error\n”);

return -1;

}

action.sa_handler = SigHandler;

/* инициализируем указатель на функцию-обработчик сигнала*/

sigaction(SIGINT, &action, &sa);

/* изменяем обработчик по умолчанию для сигнала SIGINT */

while(1); /* бесконечный цикл */

return 0;

}

5.3Программные каналы

Одним из простейших средств взаимодействия процессов в операционной системе UNIX является механизм каналов. Неименованный канал есть некая сущность, в которую можно помещать и извлекать данные, для чего служат два файловых дескриптора, ассоциированных с каналом: один для записи в канал, другой — для чтения. Для создания канала служит системный вызов pipe():

#include <unistd.h>

int pipe(int *fd)

Данный системный вызов выделяет в оперативной памяти некоторое ограниченное пространство и возвращает че6рез параметр fd массив из двух файловых дескрипторов: один для записи в канал — fd[1], другой для чтения — fd[0].

Эти дескрипторы являются дескрипторами открытых файлов, с которыми можно работать, используя такие системные вызовы как read(), write(), dup() и так далее. Однако следует четко понимать различия между обычным файлом и каналом.

Основные отличительные свойства канала следующие:

• В отличие от файла, к неименованному каналу невозможен доступ по имени, т.е. единственная возможность использовать канал – это те файловые дескрипторы, которые с ним ассоциированы

• Канал не существует вне процесса, т.е. для существование канала необходим процесс, который его создаст и в котором он будет существовать, для файла это не так.

• Канал реализует модель последовательного доступа к данным (FIFO), т.е. данные из канала можно прочитать только в той же последовательности, в каком они были записаны. Это означает, что для файловых дескрипторов, ассоциированных с каналом, не определена операция lseek() (при попытке обратиться к этому вызову произойдет ошибка).

Кроме того, существует ряд отличий в поведении операций чтения и записи в канал, а именно:

При чтении из канала:

• если прочитано меньше байтов, чем находится в канале, оставшиеся сохраняются в канале;

• если делается попытка прочитать больше данных, чем имеется в канале, и при этом существуют открытые дескрипторы записи, ассоциированные с каналом, будет прочитано (т.е. изъято из канала) доступное количество данных, после чего читающий процесс блокируется до тех пор, пока в канале не появится достаточное количество данных для завершения операции чтения.

• процесс может избежать такого блокирования, изменив для канала режим блокировки с использованием системного вызова fcntl(). В неблокирующем режиме в ситуации, описанной выше, будет прочитано доступное количество данных, и управление будет сразу возвращено процессу.

• При закрытии записывающей стороны канала, в него помещается символ EOF. После этого процесс, осуществляющий чтение, может выбрать из канала все оставшиеся данные и признак конца файла, благодаря которому блокирования при чтении в этом случае не происходит.

При записи в канал:

• если процесс пытается записать большее число байтов, чем помещается в канал (но не превышающее предельный размер канала) записывается возможное количество данных, после чего процесс, осуществляющий запись, блокируется до тех пор, пока в канале не появится достаточное количество места для завершения операции записи;

• процесс может избежать такого блокирования, изменив для канала режим блокировки с использованием системного вызова fcntl(). В неблокирующем режиме в ситуации, описанной выше, будет записано возможное количество данных, и управление будет сразу возвращено процессу.

• если же процесс пытается записать в канал порцию данных, превышающую предельный размер канала, то будет записано доступное количество данных, после чего процесс заблокируется до появления в канале свободного места любого размера (пусть даже и всего 1 байт), затем процесс разблокируется, вновь производит запись на доступное место в канале, и если данные для записи еще не исчерпаны, вновь блокируется до появления свободного места и т.д., пока не будут записаны все данные, после чего происходит возврат из вызова write()

• если процесс пытается осуществить запись в канал, с которым не ассоциирован ни один дескриптор чтения, то он получает сигнал SIGPIPE (тем самым ОС уведомляет его о недопустимости такой операции).

В стандартной ситуации (при отсутствии переполнения) система гарантирует атомарность операции записи, т. е. при одновременной записи нескольких процессов в канал их данные не перемешиваются.

1. Использование канала.

Пример использования канала в рамках одного процесса – копирование строк. Фактически осуществляется посылка данных самому себе.

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)

{

char *s = ”chanel”;

char buf[80];

int pipes[2];

pipe(pipes);

write(pipes[1], s, strlen(s) + 1);

read(pipes[0], buf, strlen(s) + 1);

close(pipes[0]);

close(pipes[1]);

printf(“%s\n”, buf);

return 0;

}

Рис. 15 Обмен через канал в рамках одного процесса.

Чаще всего, однако, канал используется для обмена данными между несколькими процессами. При организации такого обмена используется тот факт, что при порождении сыновнего процесса посредством системного вызова fork() наследуется таблица файловых дескрипторов процесса-отца, т.е. все файловые дескрипторы, доступные процессу-отцу, будут доступны и процессу-сыну. Таким образом, если перед порождением потомка был создан канал, файловые дескрипторы для доступа к каналу будут унаследованы и сыном. В итоге обоим процессам оказываются доступны дескрипторы, связанные с каналом, и они могут использовать канал для обмена данными (см. Рис. 16 и Пример 17.).

Рис. 16 Пример обмена данными между процессами через канал.

1. Схема взаимодействия процессов с использованием канала.

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int fd[2];

pipe(fd);

if (fork())

{/*процесс-родитель*/

close(fd[0]); /* закрываем ненужный дескриптор */

write (fd[1], …);

…

close(fd[1]);

…

}

else

{/*процесс-потомок*/

close(fd[1]); /* закрываем ненужный дескриптор */

while(read (fd[0], …))

{

…

}

…

}

}

Аналогичным образом может быть организован обмен через канал между двумя потомками одного порождающего процесса и вообще между любыми родственными процессами, единственным требованием здесь, как уже говорилось, является необходимость создавать канал в порождающем процессе прежде, чем его дескрипторы будут унаследованы порожденными процессами.

Как правило, канал используется как однонаправленное средство передачи данных, т.е. только один из двух взаимодействующих процессов осуществляет запись в него, а другой процесс осуществляет чтение¹⁰, при этом каждый из процессов закрывает не используемый им дескриптор. Это особенно важно для неиспользуемого дескриптора записи в канал, так как именно при закрытии пишущей стороны канала в него помещается символ конца файла. Если, к примеру, в рассмотренном Пример 17. процесс-потомок не закроет свой дескриптор записи в канал, то при последующем чтении из канала, исчерпав все данные из него, он будет заблокирован, так как записывающая сторона канала будет открыта, и следовательно, читающий процесс будет ожидать очередной порции данных.

1. Реализация конвейера.

Пример реализации конвейера print|wc – вывод программы print будет подаваться на вход программы wc. Программа print печатает некоторый текст. Программа wc считает количество прочитанных строк, слов и символов.

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int fd[2];

pipe(fd); /*организован канал*/

if (fork())

{

/*процесс-родитель*/

dup2(fd[1], 1); /* отождествили стандартный вывод с файловым дескриптором канала, предназначенным для записи */

close(fd[1]); /* закрыли файловый дескриптор канала, предназначенный для записи */

close(fd[0]); /* закрыли файловый дескриптор канала, предназначенный для чтения */

exelp(“print”, ”print”, 0); /* запустили программу print */

}

/*процесс-потомок*/

dup2(fd[0], 0); /* отождествили стандартный ввод с файловым дескриптором канала, предназначенным для чтения*/

close(fd[0]); /* закрыли файловый дескриптор канала, предназначенный для чтения */

close(fd[1]); /* закрыли файловый дескриптор канала, предназначенный для записи */

execl(“/usr/bin/wc”, ”wc”, 0); /* запустили программу wc */

}

1. Совместное использование сигналов и каналов – «пинг-понг».

Пример программы с использованием каналов и сигналов для осуществления связи между процессами – весьма типичной ситуации в системе. При этом на канал возлагается роль среды двусторонней передачи информации, а на сигналы – роль системы синхронизации при передаче информации. Процессы посылают друг другу целое число, всякий раз увеличивая его на 1. Когда число достигнет некоего максимума, оба процесса завершаются.

#include <signal.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>