Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС (1114685), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Потомзакрываем дескрипторы и печатаем содержимое буфера на экран.Можно отметить следующие особенности организации чтения данных из канала. Если изканала читается порция данных меньшая, чем находящаяся в канале, то эта порция считывается постратегии FIFO, а оставшаяся порция непрочитанных данных остается в канале.Если делается попытка прочесть порцию данных большую, чем та, которая находится вканале, и при этом существуют открытые дескрипторы записи в данный канал, то процесссчитывает имеющуюся порцию данных и блокируется до появления недостающих данных.Заметим, что блокировка происходит лишь при условии, что есть хотя бы один открытыйдескриптор записи в канал.
Если закрывается последний дескриптор записи в данный канал, то вканал помещается код конца файла EOF. В этом случае процесс, заблокированный на чтение,будет разблокирован, и ему будет передан код конца файла. Соответственно, если заблокированыдва и более процесса на чтение, то порядок разблокировки определяется конкретной реализацией.Отметим, что в системе имеется системный вызов fcntl(), посредством которого можно установитьрежим чтения из канала без блокировки.129Теперь рассмотрим особенности организации записи в канал. Если процесс пытаетсязаписать в канал порцию данных, превосходящую доступное в канале свободное пространство, точасть этой порции данных, равная размеру свободного пространства канала, помещается в канал, ипроцесс блокируется до появления в канале необходимого свободного пространства.
Можноизбежать блокировки, используя системный вызов fcntl().Если процесс пытается записать информацию в канал, с которым в данный момент несвязан ни один открытый дескриптор чтения, то процесс получает сигнал SIGPIPE. Таким образомсистема уведомляет процесс, что произвести операцию записи в канал в настоящий моментнельзя, поскольку нет читающей стороны (а в случае неименованных каналов восстановить ееневозможно).В общем случае возможна многонаправленная работа процессов с каналом, т.е.
возможнаситуация, когда с одним и тем же каналом взаимодействуют два и более процесса, и каждый извзаимодействующих каналов пишет и читает информацию в канал. Но традиционной схемойорганизации работы с каналом является однонаправленная организация, когда канал связываетдва, в большинстве случаев, или несколько взаимодействующих процесса, каждый из которыхможет либо читать, либо писать в канал.Процесс-отецpipe();fd[0]fd[1]Процесс-сынpipe();fork()fd[0]fd[1]каналчтениезаписьРис. 88.Схема взаимодействия процессов с использованием неименованного канала.Пример. Схема организации взаимодействия процессов с использованием канала(3.1.2). Схема всегда такова: некоторый родительский процесс внутри себя порождает канал, послеэтого идут обращения к системным вызовам fork() — создается дерево процессов, но за счет того,что при порождении процесса открытые файловые дескрипторы наследуются, дочерний процесстакже обладает файловыми дескрипторами, ассоциированными с каналом, который создал егопредок.
За счет этого можно организовать взаимодействие родственных процессов.В следующем примере организуется неименованный канал между отцовским и дочернимпроцессами, причем процесс-отец будет писать в канал, а процесс-сын — читать из него.int main(int argc, char **argv){int fd[2];pipe(fd);if(fork()){close(fd[0]);130write(fd[1],...);...close(fd[1]);...}else{close(fd[1]);while(read(fd[0], ...)){...}...}}В рассмотренном примере после создания канала посредством системного вызова pipe() ипорождения дочернего процесса посредством системного вызова fork() отцовский процессзакрывает дескриптор, открытый на чтение из канала, потом производит различные действия,среди которых он пишет некоторую информацию в канал, после чего закрывает дескрипторзаписи в канал, и, наконец, после некоторых действий завершается.
Процесс-сын первым деломзакрывает дескриптор записи в канал, а после этого циклически считывает некоторые данные изканала. Стоит обратить внимание, что закрытие дескриптора записи в канал в отцовском процессеможно не делать, т.к. при завершении процесса все открытые файловые дескрипторы будутавтоматически закрыты. Но в дочернем процессе закрытие дескриптора записи в канал обязателен:в противном случае, поскольку дочерний процесс читает данные из канала циклически (дополучения кода конца файла), он не сможет получить этот код конца файла, а потому онзациклится. А код конца файла не будет помещен в канал, потому что при закрытии дескрипторазаписи в канал в отцовском процессе с каналом все еще будет ассоциирован открытый дескрипторзаписи дочернего процесса.Пример.
Реализация конвейера. Приведенный ниже пример основан на том факте, чтопри порождении процесса в ОС Unix он заведомо получает три открытых файловых дескриптора:дескриптор стандартного ввода (этот дескриптор имеет нулевой номер), дескрипторстандартного вывода (имеет номер 1) и дескриптор стандартного потока ошибок (имеетномер 2). Обычно на стандартный ввод поступают данные с клавиатуры, а стандартный вывод ипоток ошибок отображаются на дисплей монитора. В системе можно организовывать цепочкикоманд, когда стандартный вывод одной команды поступает на стандартный ввод другойкоманды, и такие цепочки называются конвейером команд.
В конвейере могут участвовать две иболее команды.131В предлагаемом примере реализуется конвейер команд print|wc, в котором команда printосуществляет печать некоторого текста, а команда wc выводит некоторые статистическиехарактеристики входного потока (количество байт, строк и т.п.).int main(int argc, char **argv){int fd[2];pipe(fd); /* организовали канал */if(fork()){/* ПРОЦЕСС-РОДИТЕЛЬ *//* отождествим стандартный вывод с файловымдескриптором канала, предназначенным для записи */dup2(fd[1],1);/* закрываем файловый дескриптор канала,предназначенный для записи */close(fd[1]);/* закрываем файловый дескриптор канала,предназначенный для чтения */close(fd[0]);/* запускаем программу print */execlp(“print”,”print”,0);}/* ПРОЦЕСС-ПОТОМОК *//*отождествляем стандартный ввод с файловым дескрипторомканала, предназначенным для чтения */dup2(fd[0],0);/* закрываем файловый дескриптор канала, предназначенный длячтения */132close(fd[0]);/* закрываем файловый дескриптор канала, предназначенный длязаписи */close(fd[1]);/* запускаем программу wc */execl(“/usr/bin/wc”,”wc”,0);}В приведенной программе открывается канал, затем порождается дочерний процесс.
Далееотцовский процесс обращается к системному вызову dup2(), который закрывает файл,ассоциированный с файловым дескриптором 1 (т.е. стандартный вывод), и ассоциирует файловыйдескриптор 1 с файлом, ассоциированным с дескриптором fd[1]. Таким образом, теперь черезпервый дескриптор стандартный вывод будет направляться в канал. После этого файловыедескрипторы fd[0] и fd[1] нам более не нужны, мы их закрываем, а в родительском процессеостается ассоциированным с каналом файловый дескриптор с номером 1. После этого происходитобращение к системному вызову execlp(), который запустит команду print, у которой выходнаяинформация будет писаться в канал.В дочернем процессе производятся аналогичные действия, только здесь идет работа состандартным вводом, т.е.
с нулевым файловым дескриптором. И в конце запускается команда wc,у которой входная информация будет поступать из канала. Тем самым мы запустили конвейерэтих команд: синхронизация этих процессов будет происходит за счет реализованной в механизменеименованных каналов стратегии FIFO.Пример. «Пинг-понг» (совместное использование сигналов и каналов). В данномпримере рассматривается корректную организацию двунаправленной работы, когда каждый извзаимодействующих процессов могут и читать, и писать из канала.Итак, пускай есть два процесса, которые через канал будут перекидывать «мячик»-счетчик,подсчитывающий количество своих бросков в канал, некоторое предопределенное число раз.Извещение процесса о получении управления (когда он может взять «мячик» из канала, увеличитьего на 1 и снова бросить в канал) будет происходить на основе механизма сигналов.#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#define MAX_CNT 100int target_pid, cnt;int fd[2];133int 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);}elsekill(target_pid, SIGUSR1);}134int main(int argc, char **argv){/* организация канала */pipe(fd);/* установка обработчика сигнала для обоих процессов*/signal(SIGUSR1, SigHndlr);cnt = 0;if(target_pid = fork()){/* Предку остается только ждать завершенияпотомка */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 */135}}Для синхронизации взаимодействующих процессов используется сигнал SIGUSR1.
Обычнов операционных системах присутствуют сигналы, которые не ассоциированы с событиями,происходящими в системе, и которые процессы могут использовать по своему усмотрению.Количество таких пользовательских сигналов зависит от конкретной реализации. В приведенномпримере реализован следующий принцип работы: процесс получает сигнал SIGUSR1, беретсчетчик из канала, увеличивает его на 1 и снова помещает в канал, после чего посылает своемунапарнику сигнал SIGUSR1. Далее действия повторяются, пока счетчик не возрастет до некоторойфиксированной величины MAX_CNT, после чего происходят завершения процессов.В качестве счетчика в данной программе выступает целочисленная переменная cnt.Посмотрим на функцию обработчика сигнала SIGUSR. В ней проверяется, не превзошло лизначение cnt величины MAX_CNT.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
