Н.В. Вдовикина, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин, А.Н. Томилин - Операционные системы - взаимодействие процессов (2008) (1114653), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Еслизначение аргумента nsems больше этого значения, вызов semget()завершится неудачно.В случае успеха вызов semget() возвращает положительныйдескриптор созданного разделяемого ресурса, в случае неудачи -1.5.4.2 Операции над семафорамиИспользуя полученный дескриптор, можнопроизводитьизменять значения одного или нескольких семафоров в наборе, атакже проверять их значения на равенство нулю,для чегоиспользуется системный вызов semop():#include <sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>int semop (int semid, struct sembuf *semop, size_tnops);Этому вызову передаются следующие аргументы:semid – дескриптор массива семафоров;semop – массив из объектов типа struct sembuf, каждый изкоторых задает одну операцию над семафором;nops – длина массива semop.
Количество семафоров, надкоторыми процесс может одновременно производить операцию водном вызове semop(), ограничено константой SEMOPM, описанной вфайле <sys/sem.h>. Если процесс попытается вызвать semop() спараметром nops, большим этого значения, этот вызов вернетнеуспех.Структура имеет sembuf вид:125struct sembuf {short sem_num;/* номер семафора в векторе */short sem_op;/* производимая операция */short sem_flg;/* флаги операции */}Общий принцип обработки этой структуры приведен наРис.
20.сравнение:sem_op 0sem_op 0sem_val + sem_op 0sem_op = 0sem_val + sem_op < 0sem_val = sem_val + sem_op блокирование доувеличения sem_valsem_val 0sem_val = 0блокирование дообнуления sem_valвозврат изфункцииРис. 20 Схема работы системного вызова semop().Пусть значение семафора с номером sem_num равноsem_val.1.
если значение операции не равно нулю: оценивается значение суммы sem_val + sem_op. если эта сумма больше либо равна нулю, тозначение данного семафора устанавливаетсяравным этой сумме: sem_val = sem_val +sem_op если же эта сумма меньше нуля, то действиепроцесса будет приостановлено до тех пор, показначение суммы sem_val + sem_op не станетбольше либо равно нулю, после чего значениесемафора устанавливается равным этой сумме:sem_val = sem_val + sem_op2.
Если код операции sem_op равен нулю: Если при этом значение семафора (sem_val) равнонулю, происходит немедленный возврат из вызова126 Иначе происходит блокирование процесса до техпор, пока значение семафора не обнулится, послечего происходит возврат из вызоваТаким образом, ненулевое значение поля sem_op обозначаетнеобходимость прибавить к текущему значению семафора значениеsem_op, а нулевое – дождаться обнуления семафора.Поле sem_flg в структуре sembuf содержит комбинациюфлагов, влияющих на выполнение операции с семафором. В этомполе может быть установлен флаг IPC_NOWAIT, которыйпредписывает соответствующей операции над семафором неблокировать процесс, а сразу возвращать управление из вызоваsemop().
Вызов semop() в такой ситуации вернет –1. Кроме того, вэтом поле может быть установлен флаг SEM_UNDO, в этом случаесистема запомнит изменение значения семафора, произведенныеданным вызовом, и по завершении процесса автоматическиликвидирует это изменение. Это предохраняет от ситуации, когдапроцесс уменьшил значение семафора, начав работать с ресурсом, апотом, не увеличив значение семафора обратно, по какой-либопричине завершился.
В этом случае остальные процессы, ждущиедоступа к ресурсу, оказались бы заблокированы навечно.5.4.3 Управление массивом семафоров#include <sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>int semctl (int semid, int num, int cmd, union semunarg);С помощью этого системного вызова можно запрашивать иизменять управляющие параметры разделяемого ресурса, а такжеудалять его.Первый параметр вызова – дескриптор массива семафоров.Параметр num представляет собой индекс семафора в массиве,параметр cmd задает операцию, которая должна быть выполнена надданным семафором. Последний аргумент имеет тип union semun ииспользуется для считывания или задания управляющих параметроводного семафора или всего массива, в зависимости от значенияаргумента cmd.
Тип данных union semun определен в файле<sys/sem.h> и выглядит следующим образом:union semun {int val;// значение одного семафора127struct semid_ds *buf;семафоров в целом *//* параметры массиваushortсемафоров *//* массив значений*array;}где struct semid_ds – структура, описанная в том же файле,в полях которой хранится информация о всем наборе семафоров вцелом, а именно, количество семафоров в наборе, права доступа кнему и статистика доступа к массиву семафоров.Приведем некоторые наиболее часто используемые значенияаргумента cmd:IPC_STAT – скопировать управляющие параметры наборасемафоров по адресу arg.buf;– заменить управляющие параметры наборасемафоров на те, которые указаны в arg.buf.
Чтобы выполнить этуоперацию, процесс должен быть владельцем или создателем массивасемафоров,либообладатьправамипривилегированногопользователя, при этом процесс может изменить только владельцамассива семафоров и права доступа к нему;IPC_SETIPC_RMID – удалить массив семафоров. Чтобы выполнить этуоперацию, процесс должен быть владельцем или создателем массивасемафоров,либообладатьправамипривилегированногопользователя;– считать / установить значения всехсемафоров в массив, на который указывает arg.array;GETALL,SETALLGETVAL – возвратить значение семафора с номером num.Последний аргумент вызова игнорируется;SETVAL – установить значение семафора с номером numравным arg.val.В случае успешного завершения вызов возвращает значение,соответствующее конкретной выполнявшейся операции (0, если неоговорено иное), в случае неудачи – -1.Отметим, что использование данного вызова с командамиGETVAL и GETALL позволяет процессу проверить значение семафорабез риска оказаться заблокированным.Команды же SETVAL и SETALL чаще всего используются дляинициализации семафоров, начальное значение которых по128семантике алгоритма работы с ними должно быть отлично от нуля21.Тут, однако, существует тонкий момент, указывающий на один изнедостатков данной реализации семафоров.
Поскольку созданиемассива семафоров и его инициализация требуют использованиядвух разных системных вызовов, в некоторых приложенияхвозможно возникновение следующей ситуации: процесс, ответственный за создание и инициализациюсемафоров (назовем его А) создает массив семафоров,обратившись к вызову semget(); до того, как процесс А успеет выполнитьинициализацию путем обращения к semctl() илиsemop(), он будет выгружен планировщиком и навыполнение поступит другой процесс (назовем его В); процесс В попытается обратиться к семафору, ожидая,что его начальное значение уже установлено, что можетпривести к непредвиденной и очень трудноуловимойошибке в результате возникновения гонок (raceconditions).К счастью, этой ситуации можно избежать, используя некийобходной маневр.
В структуре struct semid_ds существует полеsem_otime, в котором хранится время последнего вызова semop()для данного массива семафоров. Стандарт POSIX гарантирует, чтопри создании массива семафоров это поле инициализируется нулем.Оно становится равным текущему времени лишь после первоговызова semop(), инициализирующего массив семафоров. Такимобразом, процессу, который начинает работу с массивом семафоров,ожидая, что он уже проинициализирован, следует прежде всегопроверить значение указанного поля (с помощью вызова semctl() спараметром IPC_STAT) , и лишь в случае, если оно отлично от нуля,приступать к работе.Пример 27.
Работасразделяемойсинхронизацией семафорами.памятьюсПрограмма будет оперировать с разделяемой памятью.21строго говоря, инициализация семафоров требуется всегда, ибо стандарт не обязываетреализацию присваивать семафору какое-либо значение в момент его создания, хотябольшинство современных реализаций IPC делают это, присваивая семафорам начальноезначение 0.1291 процесс – создает ресурсы “разделяемая память” и“семафоры”, далее он начинает принимать строки со стандартноговвода и записывает их в разделяемую память.2 процесс – читает строки из разделяемой памяти.Таким образом мы имеем критический участок в момент,когда один процесс еще не дописал строку, а другой ее уже читает.Поэтому следует использовать дополнительную синхронизацию.
Вкачестве средства синхронизации используются семафоры.1й процесс:#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <string.h>#define NMAX256int main(int argc, char **argv){key_t key;int semid, shmid;struct sembuf sops;char *shmaddr;char str[NMAX];key = ftok(“/usr/ter/exmpl”, ’S’);/* создаем уникальный ключ */semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);/* создаем один семафор с определенными правамидоступа */shmid = shmget(key, NMAX, 0666 | IPC_CREAT);/* создаем разделяемую память на 256 элементов*/shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);/* подключаемся к разделу памяти, в shaddr –указатель на буфер с разделяемой памятью */semctl(semid,0,SETVAL, (int) 0);/* инициализируем семафор значением 0 */sops.sem_num = 0;130sops.sem_flg = 0;do { /* запуск цикла */printf(“Введите строку:”);if (fgets(str, NMAX, stdin) == NULL){/* окончание ввода *//* пишем признак завершения – строку“Q” */strcpy(str, “Q”);}/* в текущий момент семафор открыт дляэтого процесса */strcpy(shmaddr, str); /* копируем строку вразд.
память *//* предоставляем второму процессувозможность войти */sops.sem_op = 3; /* увеличение семафора на3 */semop(semid, &sops, 1);/* ждем, пока семафор будет открыт для 1гопроцесса - для следующей итерации цикла*/sops.sem_op = 0; /* ожидание обнулениясемафора */semop(semid, &sops, 1);} while (str[0] != ‘Q’);/* в данный момент второй процесс уже дочитализ разделяемой памяти и отключился от нее –можно ее удалять*/shmdt(shmaddr) ; /* отключаемся от разделяемойпамяти */shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);/* уничтожаем разделяемую память */semctl(semid, 0, IPC_RMID, (int) 0);/* уничтожаем семафор */return 0;}1312й процесс:/* необходимо корректно определить существованиересурса, если он есть - подключиться */#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <string.h>#define NMAX256int main(int argc, char **argv){key_t key;int semid, shmid;struct sembuf sops;char *shmaddr;char str[NMAX];key = ftok(“/usr/ter/exmpl”,’S’);/* создаем тот же самый ключ */semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);shmid = shmget(key, NMAX, 0666 | IPC_CREAT);/* аналогично предыдущему процессуинициализации ресурсов */-shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);sops.sem_num = 0;sops.sem_flg = 0;/* запускаем цикл */do {printf(“Waiting… \n”); /* ожидание насемафоре */sops.sem_op = -2;/* будем ожидать, пока “значение семафора”+ ”значение sem_op” не станетположительным, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
