Н.В. Вдовикина, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин, А.Н. Томилин - Операционные системы - взаимодействие процессов (2008) (1114653), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

только один из двухвзаимодействующих процессов осуществляет запись в него, а другойпроцесс осуществляет чтение, при этом каждый из процессов91закрывает не используемый им дескриптор. Это особенно важно длянеиспользуемого дескриптора записи в канал, так как именно призакрытии пишущей стороны канала в него помещается символ концафайла. Если, к примеру, в рассмотренном Пример 18 процесспотомок не закроет свой дескриптор записи в канал, то припоследующем чтении из канала, исчерпав все данные из него, онбудет заблокирован, так как записывающая сторона канала будетоткрыта, и следовательно, читающий процесс будет ожидатьочередной порции данных.Правилооднонаправленности,однако,неявляетсяобязательным, но для корректной организации двустороннегообмена через один канал требуется дополнительная синхронизация.Пример такой программы будет приведен чуть ниже.Пример 19.

Реализация конвейера.Пример реализации конвейера print|wc – две программыбудут работать параллельно, причем вывод программы print будетподаваться на вход программы wc. Программа print печатаетнекоторый текст. Программа wc считает количество прочитанныхстрок, слов и символов в своем стандартном вводе.#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);/*отождествилистандартный вывод с файловым дескрипторомканала, предназначенным для записи */close(fd[1]);/*закрылифайловыйдескрипторканала,предназначенныйдлязаписи */close(fd[0]);/*закрылифайловыйдескрипторканала,предназначенныйдлячтения */92exelp(“print”, ”print”,программу print */0);/* запустили}/*процесс-потомок*/dup2(fd[0], 0); /* отождествили стандартныйвводсфайловымдескрипторомканала,предназначенным для чтения*/close(fd[0]);/* закрыли файловый дескрипторканала, предназначенный для чтения */close(fd[1]);/* закрыли файловый дескрипторканала, предназначенный для записи */execl(“/usr/bin/wc”,программу wc */”wc”,0);/*запустили}В приведенном вышесистемный вызов dup2():текстепрограммыиспользуется#include <unistd.h>int dup2(int oldfd, int newfd);Параметрами этого вызова являются два файловыхдескриптора.

Вызов создает копию дескриптора oldfd вдексрипторе newfd, при этом, если ранее дескриптор newfd былассоциирован с каким-то другим открытым файлом, то передпереназначением он освобождается.Пример 20. Совместное использование сигналов и каналов– «пинг-понг». Двунаправленный обмен через один канал.Пример программы с использованием каналов и сигналов дляосуществления связи между процессами –весьма типичнойситуации в системе. При этом на канал возлагается роль средыдвусторонней передачи информации, а на сигналы – роль системысинхронизации при передаче информации. Процессы посылают другдругу целое число, всякий раз увеличивая его на 1.

Когда числодостигнет некоего максимума, оба процесса завершаются.#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>93#define MAX_CNT 100int target_pid, cnt;int fd[2];int status;void SigHndlr(int s){/* в обработчике сигнала происходит и чтение, изапись */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 изканала */kill(target_pid, SIGUSR1);}elseif (target_pid == getppid()){/* условие окончания игры проверяетсяпотомком */printf("Childisterminated\n");goingclose(fd[1]); close(fd[0]);/* завершается потомок */exit(0);} elsekill(target_pid, SIGUSR1);}int main(int argc, char **argv)94tobe{pipe(fd); /* организован канал */signal (SIGUSR1, SigHndlr);/* установленпроцессов */обработчиксигналадляобоихcnt = 0;if (target_pid = fork()){/* Предку остается только ждать завершенияпотомка */while(wait(&status) == -1);printf("Parentterminated\n");isgoingtobeclose(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 */}}4.5 Именованные каналы (FIFO)Рассмотренные выше программные каналы имеют важноеограничение: так как доступ к ним возможен только посредствомдескрипторов, возвращаемых при порождении канала, необходимымусловием взаимодействия процессов через канал является передачаэтих дескрипторов по наследству при порождении процесса.Именованные каналы (FIFO-файлы) расширяют свою областьприменения за счет того, что подключиться к ним может любойпроцесс в любое время, в том числе и после создания канала.

Этовозможно благодаря наличию у них имен.95FIFO-файл представляет собой отдельный тип файла вфайловой системе UNIX, который обладает всеми атрибутамифайла, такими как имя владельца, права доступа и размер. Для егосоздания в UNIX System V.3 и ранее используется системный вызовmknod(), а в BSD UNIX и System V.4 – вызов mkfifo() (этот вызовподдерживается 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 имясоздаваемого канала, во втором указываются права доступа к немудля владельца, группы и прочих пользователей, и кроме того,устанавливается флаг, указывающий на то, что создаваемый объектявляется именно FIFO-файлом (в разных версиях ОС он можетиметь разное символьное обозначение – S_IFIFO или I_FIFO).Третий аргумент вызова mknod() игнорируется.После создания именованного канала любой процесс можетустановить с ним связь посредством системного вызова open().

Приэтом действуют следующие правила:- если процесс открывает FIFO-файл для чтения, онблокируется до тех пор, пока какой-либо процесс неоткроет тот же канал на запись;- если процесс открывает FIFO-файл на запись, он будетзаблокирован до тех пор, пока какой-либо процесс неоткроет тот же канал на чтение;- процесс может избежать такого блокирования, указав ввызове open() специальный флаг (в разных версиях ОС онможет иметь разное символьное обозначение – O_NONBLOCKили O_NDELAY). В этом случае в ситуациях, описанныхвыше, вызов open() сразу же вернет управление процессу,однако результат операций будет разным: попыткаоткрытия по чтению при закрытой записывающей стороне96будет успешной, а попытка открытия по записи призакрытой читающей стороне – вернет неуспех.Правила работы с именованными каналами, в частности,особенности операций чтения-записи, полностью аналогичнынеименованным каналам.Ниже рассматривается пример, где один из процессов являетсясервером, предоставляющим некоторую услугу, другой же процесс,который хочет воспользоваться этой услугой, является клиентом.Клиент посылает серверу запросы на предоставление услуги, асервер отвечает на эти запросы.Пример 21.

Модель «клиент-сервер».Процесс-сервер запускается на выполнение первым, создаетименованный канал, открывает его на чтение в неблокирующемрежиме и входит в цикл, пытаясь прочесть что-либо. Затемзапускается процесс-клиент, подключается к каналу с известнымему именем и записывает в него свой идентификатор. Сервервыходит 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 длявсех 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 %dgetpid(), pid);got message from %d !\n",close(fd);97unlink("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;}4.6 Трассировка процессовОбзор форм межпроцессного взаимодействия в UNIX был быне полон, если бы мы не рассмотрели простейшую формувзаимодействия, используемую для отладки — трассировкупроцессов.

Принципиальное отличие трассировки от остальныхвидов межпроцессного взаимодействия в том, что она реализуетмодель«главный-подчиненный»:одинпроцессполучаетвозможность управлять ходом выполнения, а также данными икодом другого.В UNIX трассировка возможна только между родственнымипроцессами: процесс-родитель может вести трассировку тольконепосредственно порожденных им потомков, при этом трассировканачинается только после того, как процесс-потомок дает разрешениена это.Далее схема взаимодействия процессов путем трассировкитакова:выполнениеотлаживаемогопроцесса-потомкаприостанавливается всякий раз при получении им какого-либосигнала, а также при выполнении вызова exec().

Характеристики

Список файлов книги