Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов (2002) (1114651), страница 11
Текст из файла (страница 11)
#include <stdio.h>
#define MAX_CNT 100
int target_pid, cnt;
int fd[2];
int status;
void SigHndlr(int s)
{
/* в обработчике сигнала происходит и чтение, и запись */
signal(SIGUSR1, SigHndlr);
if (cnt < MAX_CNT)
{
read(fd[0], &cnt, sizeof(int));
printf("%d \n", cnt);
cnt++;
write(fd[1], &cnt, sizeof(int));
/* посылаем сигнал второму: пора читать из канала */
kill(target_pid, SIGUSR1);
}
else
if (target_pid == getppid())
{
/* условие окончания игры проверяется потомком */
printf("Child is going to be terminated\n");
close(fd[1]); close(fd[0]);
/* завершается потомок */
exit(0);
} else
kill(target_pid, SIGUSR1);
}
int main(int argc, char **argv)
{
pipe(fd); /* организован канал */
signal (SIGUSR1, SigHndlr);
/* установлен обработчик сигнала для обоих процессов */
cnt = 0;
if (target_pid = fork())
{
/* Предку остается только ждать завершения потомка */
wait(&status);
printf("Parent is going to be terminated\n");
close(fd[1]); close(fd[0]);
return 0;
}
else
{
/* процесс-потомок узнает PID родителя */
target_pid = getppid();
/* потомок начинает пинг-понг */
write(fd[1], &cnt, sizeof(int));
kill(target_pid, SIGUSR1);
for(;;); /* бесконечный цикл */
}
}
5.4Именованные каналы (FIFO)
Рассмотренные выше программные каналы имеют важное ограничение: так как доступ к ним возможен только посредством дескрипторов, возвращаемых при порождении канала, необходимым условием взаимодействия процессов через канал является передача этих дескрипторов по наследству при порождении процесса. Именованные каналы (FIFO-файлы) расширяют свою область применения за счет того, что подключиться к ним может любой процесс в любое время, в том числе и после создания канала. Это возможно благодаря наличию у них имен.
FIFO-файл представляет собой отдельный тип файла в файловой системе UNIX, который обладает всеми атрибутами файла, такими как имя владельца, права доступа и размер. Для его создания в UNIX System V.3 и ранее используется системный вызов mknod(), а в BSD UNIX и System V.4 – вызов mkfifo() (этот вызов поддерживается и стандартом POSIX):
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int mknod (char *pathname, mode_t mode, dev);
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo (char *pathname, mode_t mode);
В обоих вызовах первый аргумент представляет собой имя создаваемого канала, во втором указываются права доступа к нему для владельца, группы и прочих пользователей, и кроме того, устанавливается флаг, указывающий на то, что создаваемый объект является именно FIFO-файлом (в разных версиях ОС он может иметь разное символьное обозначение – S_IFIFO или I_FIFO). Третий аргумент вызова mknod() игнорируется.
После создания именованного канала любой процесс может установит с ним связь посредством системного вызова open(). При этом действуют следующие правила:
-
если процесс открывает FIFO-файл для чтения, он блокируется до тех пор, пока какой-либо процесс не откроет тот же канал на запись
-
если процесс открывает FIFO-файл на запись, он будет заблокирован до тех пор, пока какой-либо процесс не откроет тот же канал на чтение
-
процесс может избежать такого блокирования, указав в вызове open() специальный флаг (в разных версиях ОС он может иметь разное символьное обозначение – O_NONBLOCK или O_NDELAY). В этом случае в ситуациях, описанных выше, вызов open() сразу же вернет управление процессу
Правила работы с именованными каналами, в частности, особенности операций чтения-записи, полностью аналогичны неименованным каналам.
Ниже рассматривается пример, где один из процессов является сервером, предоставляющим некоторую услугу, другой же процесс, который хочет воспользоваться этой услугой, является клиентом. Клиент посылает серверу запросы на предоставление услуги, а сервер отвечает на эти запросы.
-
Модель «клиент-сервер».
Процесс-сервер запускается на выполнение первым, создает именованный канал, открывает его на чтение в неблокирующем режиме и входит в цикл, пытаясь прочесть что-либо. Затем запускается процесс-клиент, подключается к каналу с известным ему именем и записывает в него свой идентификатор. Сервер выходит из цикла, прочитав идентификатор клиента, и печатает его.
/* процесс-сервер*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int pid;
mkfifo("fifo", S_IFIFO | 0666);
/*создали специальный файл FIFO с открытыми для всех правами доступа на чтение и запись*/
fd = open("fifo", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
/* открыли канал на чтение*/
while (read (fd, &pid, sizeof(int)) == -1) ;
printf("Server %d got message from %d !\n", getpid(), pid);
close(fd);
unlink("fifo");/*уничтожили именованный канал*/
return 0;
}
/* процесс-клиент*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int pid = getpid( );
fd = open("fifo", O_RDWR);
write(fd, &pid, sizeof(int));
close(fd);
return 0;
}
5.5Нелокальные переходы.
Рассмотрим некоторые дополнительные возможности по организации управления ходом процесса в UNIX, а именно возможность передачи управления в точку, расположенную вне данной функции.
Как известно, оператор goto позволяет осуществлять безусловный переход только внутри одной функции. Это ограничение связано с необходимостью сохранения целостности стека: в момент входа в функцию в стеке отводится место, называемое стековым кадром, где записываются адрес возврата, фактические параметры, отводится место под автоматические переменные. Стековый кадр освобождается при выходе из функции. Соответственно, если при выполнении безусловного перехода процесс минует тот фрагмент кода, где происходит освобождение стекового кадра, и управление непосредственно перейдет в другую часть программы (например, в объемлющую функцию), то фактическое состояние стека не будет соответствовать текущему участку кода, и тем самым стек подвергнется разрушению.
Однако, такое ограничение в некоторых случаях создает большое неудобство: например, в случае возникновения ошибки в рекурсивной функции, после обработки ошибки имеет смысл перейти в основную функцию, которая может находиться на несколько уровней вложенности выше текущей. Поскольку такой переход невозможно осуществить ни оператором return, ни оператором goto, программист будет вынужден создавать какие-то громоздкие структуры для обработки ошибок на каждом уровне вложенности.
Возможность передавать управление в точку, находящуюся в одной из вызывающих функций, предоставляется двумя системными вызовами, реализующими механизм нелокальных переходов:
#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);
void longjmp(jmp_buf env, int val);
Вызов setjmp() используется для регистрации некоторой точки кода, которая в дальнейшем будет использоваться в качестве пункта назначения для нелокального перехода, а вызов longjmp() – для перехода в одну из ранее зарегистрированных конечных точек.
При обращении к вызову setjmp(), происходит сохранение параметров текущей точки кода (значения счетчика адреса, позиции стека, регистров процессора и реакций на сигналы). Все эти значения сохраняются в структуре типа jmp_buf, которая передается вызову setjmp() в качестве параметра. При этом вызов setjmp() возвращает 0.
После того, как нужная точка кода зарегистрирована с помощью вызова setjmp(), управление в нее может быть передано при помощи вызова longjmp(). При этом в качестве первого параметра ему указывается та структура, в которой были зафиксированы атрибуты нужной нам точки назначения. После осуществления вызова longjmp() процесс продолжит выполнение с зафиксированной точки кода, т.е. с того места, где происходит возврат из функции setjmp(), но в отличие от первого обращения к setjmp(), возвращающим значением setjmp() станет не 0, а значение параметра val в вызове longjmp(), который произвел переход.
Отметим, что если программист желает определить в программе несколько точек назначения для нелокальных переходов, каждая из них должна быть зарегистрирована в своей структуре типа jmp_buf. С другой стороны, разумеется, на одну и ту же точку назначения можно переходить из разных мест программы, при этом, чтобы различить, из какой точки был произведен нелокальный переход, следует указывать при переходах разные значения параметра val. В любом случае, при вызове longjmp() значение параметра val не должно быть нулевым (даже если оно есть 0, то возвращаемое значение setjmp() будет установлено в 1). Кроме того, переход должен производиться только на такие точки, которые находятся в коде одной из вызывающих функций для той функции, откуда осуществляется переход (в том числе, переход может быть произведен из функции-обработчика сигнала). При этом в момент перехода все содержимое стека, используемое текущей функцией и всеми вызывающими, вплоть до необходимой, освобождается.
-
Использование нелокальных переходов.
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
jmp_buf env;
void abc(int s)
{
…
longjmp(env,1); /*переход - в точку *** */
}
int main(int argc, char **argv)
{
…
if (setjmp(env) == 0)
/* запоминается данная точка процесса - *** */
{
signal(SIGINT,abc); /* установка реакции на сигнал */
…
/* цикл обработки данных после вызова функции setjmp() */
}
else
{
…
/* цикл обработки данных после возврата из обработчика сигнала */
}
...
}
5.6Трассировка процессов.
Обзор форм межпроцессного взаимодействия в UNIX был бы не полон, если бы мы не рассмотрели простейшую форму взаимодействия, используемую для отладки — трассировку процессов. Принципиальное отличие трассировки от остальных видов межпроцессного взаимодействия в том, что она реализует модель «главный-подчиненный»: один процесс получает возможность управлять ходом выполнения, а также данными и кодом другого.
В UNIX трассировка возможна только между родственными процессами: процесс-родитель может вести трассировку только непосредственно порожденных им потомков, при этом трассировка начинается только после того, как процесс-потомок дает разрешение на это.
Далее схема взаимодействия процессов путем трассировки такова: выполнение отлаживаемого процесса-потомка приостанавливается всякий раз при получении им какого-либо сигнала, а также при выполнении вызова exec(). Если в это время отлаживающий процесс осуществляет системный вызов wait(), этот вызов немедленно возвращает управление. В то время, как трассируемый процесс находится в приостановленном состоянии, процесс-отладчик имеет возможность анализировать и изменять данные в адресном пространстве отлаживаемого процесса и в пользовательской составляющей его контекста. Далее, процесс-отладчик возобновляет выполнение трассируемого процесса до следующей приостановки (либо, при пошаговом выполнении, для выполнения одной инструкции).
Основной системный вызов, используемый при трассировке,– это ptrace(), прототип которого выглядит следующим образом:
#include <sys/ptrace.h>
int ptrace(int cmd, pid, addr, data);
где cmd – код выполняемой команды, pid – идентификатор процесса-потомка, addr – некоторый адрес в адресном пространстве процесса-потомка, data – слово информации.
Чтобы оценить уровень предоставляемых возможностей, рассмотрим основные коды - cmd операций этой функции.
cmd = PTRACE_TRACEME — ptrace() с таким кодом операции сыновний процесс вызывает в самом начале своей работы, позволяя тем самым трассировать себя. Все остальные обращения к вызову ptrace() осуществляет процесс-отладчик.
cmd = PTRACE_PEEKDATA — чтение слова из адресного пространства отлаживаемого процесса по адресу addr, ptrace() возвращает значение этого слова.
cmd = PTRACE_PEEKUSER — чтение слова из контекста процесса. Речь идет о доступе к пользовательской составляющей контекста данного процесса, сгруппированной в некоторую структуру, описанную в заголовочном файле <sys/user.h>. В этом случае параметр addr указывает смещение относительно начала этой структуры. В этой структуре размещена такая информация, как регистры, текущее состояние процесса, счетчик адреса и так далее. ptrace() возвращает значение считанного слова.
cmd = PTRACE_POKEDATA — запись данных, размещенных в параметре data, по адресу addr в адресном пространстве процесса-потомка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
