Н.В. Вдовикина, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин, А.Н. Томилин - Операционные системы - взаимодействие процессов (2008) (1114653), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Эта проблема решается по-разномув зависимости от конкретного механизма взаимодействия. Всистемах взаимодействия процессов, функционирующих наразличных компьютерах в рамках сети, используется адресация,принятая в конкретной сети ЭВМ (примером могут служить аппаратсокетов и MPI). При использовании средств взаимодействияпроцессов, локализованных в пределах одной ЭВМ, способименования (а следовательно, и способ доступа к средевзаимодействия) зависит от конкретного механизма взаимодействия.В частности, для ОС UNIX механизмы взаимодействия процессовможно разделить на те средства, доступ к которым получают лишьродственные процессы, и средства, доступные произвольнымпроцессам11 (см. также Рис. 14).11при условии, разумеется, что у данного процесса имеются достаточные права длядоступа к конкретному ресурсу, через который осуществляется взаимодействие65При взаимодействии родственных процессов проблемаименования решается за счет наследования потомками некоторыхсвойств своих прародителей.
Например, в случае неименованныхканалов процесс-родитель для организации взаимодействия создаетканал. Дескрипторы, ассоциированные с этим каналом, наследуютсясыновними процессами, тем самым создается возможностьорганизации симметричного (ибо все процессы изначальноравноправны) взаимодействия родственных процессов.
Другойпример – взаимодействие процессов по схеме главный-подчиненный(трассировкапроцесса).Данныйтипвзаимодействияасимметричный: один из взаимодействующих процессов получаетстатус и права «главного», второй – «подчиненного». Главный – этородительский процесс, подчиненный – сыновний. В данном случаепроблема именования снимается, так какидентификаторыпроцесса-сына и процесса-отца всегда доступны им обоим иоднозначно определены.При взаимодействии произвольных процессов использоватьнаследование тех свойств процессов, которые могут использоватьсядля именования, разумеется, невозможно.
Поэтому в данном случаеобычно используются две схемы: первая – использование дляименования идентификаторов взаимодействующих процессов(например, при передаче сигналов); вторая – использованиенекоторого системного ресурса, обладающего уникальным именем.Примером последнего могут являться именованные каналы,использующие для организации взаимодействия процессов файлыспециального типа (FIFO-файлы).66взаимодействие процессоввзаимодействие в рамкахлокальной ЭВМ (одной ОС)родственныепроцессыВзаимодействие процессовпроизвольныепроцессывзаимодействие в рамкахсетисокетыВзаимодействие процессовMPIнеименованныеканалыименованныеканалытрассировкасигналыIPCсокетыРис. 14 Классификация средств взаимодействия процессов ОС UNIXДругая проблема организации взаимодействия – это проблемасинхронизациивзаимодействующихпроцессов.Любоевзаимодействие процессов представимо либо в виде оказания однимпроцессом воздействия на другой процесс, либо в видеиспользования некоторых разделяемых ресурсов, через которыевозможна организация обмена данными.
Первое требование ксредствам взаимодействия процессов – это атомарность(неразделяемость) базовых операций. Синхронизация должнаобеспечить атомарность операций взаимодействий или обменаданными с разделяемыми ресурсами. К примеру, система должнаблокировать начало чтения данных из некоторого разделяемогоресурса до того, пока начавшаяся к этому моменту операция записипо этому ресурсу не завершится.Второе требование – это обеспечение определенного порядка воперациях взаимодействия, или семантическая синхронизация.Например, некорректной является попытка чтения данных, которыхеще нет (и операция записи которых еще не начиналась).
Взависимости от конкретного механизма взаимодействия, уровнейсемантической синхронизации может быть достаточно много.Комплексное решение проблемы синхронизации зависит отсвойств используемых средств взаимодействия процессов. Внекоторых случаях операционная система обеспечивает некоторые67уровни синхронизации (например, припередаче сигналов,использовании каналов). В других случаях участие операционнойсистемы в решении проблемы синхронизации минимально(например, при использовании разделяемой памяти IPC).
В любомслучае, конкретная прикладная система должна это учитывать и принеобходимости обеспечивать семантическую синхронизациюпроцессов.Нижебудутрассмотреныконкретныевзаимодействия процессов, предоставляемые ОС UNIX.68средства4 Элементарныевзаимодействиясредствамежпроцессного4.1 СигналыСигналы представляют собой средство уведомления процессао наступлении некоторого события в системе. Инициаторомпосылки сигнала может выступать как другой процесс, так и самаОС. Сигналы, посылаемые ОС, уведомляют о наступлениинекоторых строго предопределенных ситуаций (как, например,завершение порожденного процесса, прерывание работы процессанажатием комбинации Ctrl-C, попытка выполнить недопустимуюмашинную инструкцию, попытка недопустимой записи в канал ит.п.), при этом каждой такой ситуации сопоставлен свой сигнал.Кроме того, зарезервирован один или несколько номеров сигналов,семантика которых определяется пользовательскими процессами посвоему усмотрению (например, процессы могут посылать друг другусигналы с целью синхронизации).Количество различных сигналов в современных версиях UNIXоколо 30, каждый из них имеет уникальное имя и номер.
Описанияпредставлены в файле <signal.h>. В таблице ниже приведенонесколько примеров сигналов12:ЧисловоезначениеКонстанта Значение сигнала2SIGINTПрерывание выполнения по нажатиюCtrl-C3SIGQUITАварийное завершение работы9SIGKILLУничтожение процесса14SIGALRM Прерывание от программного таймера18SIGCHLD Завершился процесс-потомокСигналы являются механизмом асинхронного взаимодействия,т.е. момент прихода сигнала процессу заранее неизвестен. Однакопроцесс может предвидеть возможность получения того или иногосигнала и установить определенную реакцию на его приход.
В этомплане сигналы можно рассматривать как программный аналогаппаратных прерываний.12Следует заметить, что в разных версиях UNIX имена сигналов могут различаться.69При получении сигнала процессом возможны три вариантареакции на полученный сигнал:- процесс реагирует на сигнал стандартным образом,установленным по умолчанию (для большинства сигналовдействие по умолчанию – это завершение процесса);- процесс может заранее установить специальный способобработки конкретного сигнала, в этом случае по приходуэтогосигналавызываетсяфункция-обработчик,определенная процессом (при этом говорят, что сигналперехватывается);- процесс может проигнорировать сигнал.Для каждого сигнала процесс может устанавливать свойвариант реакции, например, некоторые сигналы он можетигнорировать, некоторые перехватывать, а на остальные установитьреакцию по умолчанию.
При этом по ходу своей работы процессможет изменять вариант реакции на тот или иной сигнал. Однако,необходимо отметить, что некоторые сигналы невозможно ниперехватить, ни игнорировать. Они используются ядром ОС дляуправления работой процессов (например, SIGKILL, SIGSTOP).Если в процесс одновременно доставляется несколькоразличных сигналов, то порядок их обработки не определен.
Если жеобработки ждут несколько экземпляров одного и того же сигнала, тоответ на вопрос, сколько экземпляров будет доставлено в процесс –все или один – зависит от конкретной реализации ОС.В любом случае, в момент прихода сигнала, для которогозаданапользовательскаяфункция-обработчик,нормальноевыполнение процесса прерывается, и управление переходит на точкувхода обработчика сигнала. По выходу из функции-обработчикавыполнение процесса возобновляется с той точки, на которой онобыло прервано.Отдельного рассмотрения заслуживает ситуация, когда сигналприходит в момент выполнения системного вызова. Обработка такойситуации в разных версиях UNIX реализована по-разному,например, обработка сигнала может быть отложена до завершениясистемного вызова; либо системный вызов автоматическиперезапускается после его прерывания сигналом; либо системныйвызов вернет –1, а в переменной errno будет установлено значениеEINTR.Для отправки сигнала служит системный вызов kill():#include <sys/types.h>70#include <signal.h>int kill (pid_t pid, int sig)Первым параметром вызова служит идентификатор процесса,которому посылается сигнал (в частности, процесс может послатьсигнал самому себе).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
