Ю. Вахалия - UNIX изнутри (2003) (1114670), страница 56
Текст из файла (страница 56)
63, !<!о. 8, Осс. 1984, рр. 1845-1857. 1пзс1сисе 1ог Е!есспса! апс1 Е!ессгопк Епб!пеегя «РО51Х Р1003 4Ь, Кеа1- Тнпе Ехсепяопз 1ог РогсаЬ!е Орегас1пя бузсещз», 1993. КЬаппа, Б., БеЬгее, М., апд Хо!потгзйу,!., <Кеа!снпе БсЬеди!1пб 1и Бип- Об 5.0», Ргосеед!пяз оЕ сЬе Ъ'1псег 1992 115ЕЫ1Х ТесЬгдса! СопЕегепсе, !ап. 1992. 1.атрзоп, В. Ж. апд Кеде!1, Р. Р., «Ехрепепсез ти1сЬ Ргосеавез апд Моп1согз 1и Меха», Сопнпипкайопз о1 сЬе АСМ, Ъ'о!.
23, 1<!о, 2, ГеЬ 1980, рр. 105-117. 1!и, С. 1, ап<1 1.ау1апд, !. Ъ'., «ЗсЬеди!!пб А18опсйтз 1ог Ми!с!ргобгатщ1пб 1п а Нагд Кеа!-Типе Епч!гопгпепс», !оигпа1 о1сЬе АСМ, Чо!. 20, 1<!о. 1, 10. 11. !ап. 1973, рр. 46 — 61. 12. ?.с!Лег, 5. !., МсКияс1<, М. К., Каге!з, М. !., апд Оиагсеппап, 1. 5,, «ТЬе Рез1цп апд 1щр1ещепсайоп о1 сЬе 4.3 ВЗР 1!1<11Х Орегас1пб бузсет», Адд1зоп-Жез!еу, Кеайпб, МА, 1989. Глава 6 Межпроцессное взаимодействие 6.1. Введение В сложных программных средах часто применяется несколько взаимодействующих процессов, выполняющих взаимосвязанные действия.
Такие процессы должны иметь возможность общаться и разделять между собой общие ресурсы и данные. Для того чтобы сделать это возможным, ядро системы должно поддерживать определенные механизмы. Такие механизмы получили название межпроцессного езаимодейсглеия (1птегргосезз сотпшгйсайопз, или 1РС). В этой главе будут описаны средства 1РС, представленные в основных вариантах системы (11ч'1Х. Взаимодействие процессов производится для нескольких определенных целей: + Передача данных. Одному процессу иногда необходимо передать данные другому процессу.
Количество передаваемых данных может варьироваться от одного байта до нескольких мегабайтов. + Совместное использование информации. Нескольким процессам необходимо обрабатывать разделяемые данные таким образом, чтобы их изменение одним из них сразу же становилось видимым остальным процессам, участвующим в их совместном использовании. + Уведомление о событиях. Одному процессу иногда требуется уведомлять другой процесс (или набор процессов) о возникновении какого- либо события. Например, при завершении работы процесса об этом необходимо проинформировать всех его потомков. Получатель может предупреждаться асинхронно, в таком случае нужно прерывать нормальную работу.
Альтернативным вариантом является ожидание получателем уведомления. + Совместное использование ресурсов. Хотя ядро системы обычно предоставляет определенную семантику для выделения ресурсов, она может оказаться неподходящей для некоторых приложений. Набор взаимодействующих процессов иногда нуждается в определении собственного 238 Глава 6. Межпроцессное взаимодействие протокола доступа к определенным ресурсам.
Подобные правила обычно реализуются на основе схемы блокировки и синхронизации, которая строится поверх основного набора средств, предоставляемых ядром. + Управление процессами. Некоторым процессам (например, отладчикам) необходимо полное управление выполнением других процессов.
Контролирующий процесс может перехватывать все исключительные состояния и аппаратные прерывания целевого процесса и уведомляться обо всех изменениях его состояния. В системах ПЧ1Х предлагаются различные механизмы 1РС. Эта глава начинается с описания общего набора средств, которые имеются во всех реализациях П)ь11Х. Это — сигналы, программные каналы и трассировка процессов. Затем мы расскажем о средствах, имеющихся в Бузтеш 'ьг 1РС.
В конце главы будет рассмотрено взаимодействие между процессами на основе сообщений, поддерживаемое в системе МасЬ, в которой предлагается богатый набор средств, объединенных единой унифицированной структурой. 6.2. Универсальные средства )РС Первая внешняя реализация системы 111ч1Х поддерживала три различных средства, которые можно использовать для взаимодействия процессов: сигналы, каналы и трассировку процессов [141г. Все перечисленные механизмы являются общими для различных вариантов ОС 131ь11Х.
Сигналы и каналы уже были описаны ранее, в этой главе мы остановимся только на том, как их можно использовать для межпроцессного взаимодействия. 6.2.1. Сигналы Обычно сигналы применяются для уведомления процессов о возникновении асинхронных событий. Изначально они были изобретены для обработки ошибок, но могут быть использованы и в качестве примитивных механизмов 1РС. Современные системы П1т11Х распознают 31 и более различных сигналов. Большинство из них имеют определенные назначения, но по крайней мере два — 51605к1 и 51605к2 — вправе использоваться приложениями по их собственному усмотрению.
Процесс может послать сигнал другому процессу (или процессам) при помощи системного вызова Ь111 или 611р9. Кроме этого, сигнал может быть сгенерирован ядром в ответ на различные события, происходящие в системе. Например, при нажатии комбинации клавиш 61г1+6 на терминале ядро посылает сигнал 51611тТ приоритетному процессу. ' Первые системы 111х1Х от пей Те!ерЬопе 1.аЬогагопез не поддерживали таких средств. Например, программные каналы были разработаны Д, Мак-Нлроем и К. Томпсоном и впервые появились в тгегз1оп 3 ПЧ1Х (см. 1121).
Б.2. универсальные средства !РС 239 Каждый сигнал приводит к определенным действиям, по умолчанию это завершение процесса. Процесс может указать альтернативное действие, происходящее при получении любого сигнала, предоставив системе функцию обработки сигнала. При вырабатывании сигнала ядро прерывает выполнение процесса, который должен ответить на него запуском обработчика.
После завершения обработки сигнала процесс может продолжить работу в обычном режиме. При помоши сигналов процессы уведомляются о произошедших асинхронных событиях и реагируют на них. Однако сигналы могут также использоваться для синхронизации. Процесс может вызвать з1срацзе для ожидания прибытия сигнала. В первых реализациях системы 1ЛчПХ совместное использование ресурсов и протоколы блокировки многих приложений базировались на сигналах. Изначально сигналы разрабатывались для обработки ошибок, например ядро транслировало аппаратные ошибки, такие как деление па ноль или неверные инструхх1ии в сигналы.
Если процесс не имел собственного обработчика для таких ошибок, ядро завершало его работу. При применении сигналов как механизма взаимодействия процессов существуют несколько ограничений, связанных с тем, что обработка сигналов является затратным действием. Сначала отправитель вызывает системную функцию, после чего ядро прерывает работу получателя и производит интенсивные действия над его стеком, так как ему нужно загрузить обработчик н позже продолжить выполнение прерванного процесса.
Более того, сигналы обладают малой пропускной способностью. Во-первых, существует всего 31 сигнал (в системах Я"ьгК4 и 4.3ВБР, некоторые реализации типа А1Х поддерживают большее число сигналов). Во-вторых, сигналы могут нести только ограниченный объем информации. Пе существует способа отправки дополнительных данных или входных аргументов при посылке сигналов, создаваемых пользователем'. Сигналы применимы для уведомления о событиях, но остаются недостаточными для более сложных взаимодействий.
Подробнее сигналы обсуждались в главе 4. 6.2.2. Каналы В традиционных реализациях 1ЛчПХ программные каналы (ргре)з представляют собой однонаправленный неструктурированный поток данных фиксированного максималыгого размера, работающий по принципу Е1ГО («первым вошел, ' Сигналы, генерируемые ядром в ответ на аппаратные сбои, возвращают дополнительную информацию через структуру ип1п1о, передаваемую обработчику. з На неименованных программных каналах, иначе трубах, реализуется технология конвейеризации, почему их еще называют конвейерами. — Прим.
ред. 240 Глава 6. Межпроцессное взаимодействие первым вышель)'. Отправители добавля1от данные в конец канала, получатели извлекают их из его начала. После того как данные будут прочитаны, они сразу же удаляются из канала и больше недоступны другим получателям. Программные каналы представляют собой простейший механизм управления нитями. Процесс, осуществляюп1ий попытку чтения из пустого канала, будет приостановлен до тех пор, пока в канале не появятся какие-либо данные.
Точно так же, если процесс попытается записать в заполненный программный канал, то он будет приостановлен до того момента, пока иной процесс не прочтет данные из канала, тем самым освободив его. Получатели Отправители Рис. 6.1. движение потока данных по программному каналу Для создания программного канала применяется системный вызов р1ре, который возвращает два дескриптора файла: один для чтения и один для записи. Эти дескрипторы наследуются процессами-потомками, таким образом разделяя между собой доступ к файлу. Следовательно, в каждый программный канал могут записывать данные и читать из него несколько процессов (рис. б.1). Каждый процесс вправе как читать, так и записывать информацию, а также производить оба действия сразу.
Однако в большинстве случаев программный канал используется двумя процессами, на двух его концах. Операции ввода-вывода над каналами очень похожи на аналогичные операции над файлами. Они производятся через системные вызовы геаб и ьуп1е с помощью дескриптора канала. Процесс иногда может и не знать о том, что работает с каналом, а не с обычным файлом. Различные приложения, такие как командные интерпретаторы, управляют программными каналами, считая, что у тех имеется только один отправитель (записывающий данные) и один получатель (считывающий данные), тем самым образуется однонаправленный поток данных. Наиболее общим применением программного канала является перенаправление вывода одной программы на вход другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
