Операционные системы 2011 (1114689), страница 38
Текст из файла (страница 38)
И именно за счетнаследования различных характеристик возможно реализовать то самое именование. К133примеру, в ОС Unix можно передавать по наследству от отца сыну дескрипторы открытыхфайлов. В данном случае именование будет неявным, поскольку не указываютсянепосредственно имена процессов.Другим решением в рамках данной группы взаимодействующих родственныхпроцессов является взаимодействие по цепочке предок–потомок, причем известно, кто изпроцессов является предком, а кто — потомком. В этом случае существует возможностьпроцессу-предку обращаться к своему потомку посредством явного именования. Вкачестве имени, например, может выступать идентификатор процесса (PID). А потомок,зная имя предка, может также к нему обратиться.Так или иначе, но данная группа реализаций взаимодействия родственныхпроцессов основана на том факте, что некоторая необходимая для взаимодействияинформация может быть передана по наследству.Следующая группа — это взаимодействие произвольных процессов в рамкаходной локальной машины.
Очевидно, что в этом случае отсутствует факт наследования, ипоэтому для решения проблемы именования логично использовать следующиемеханизмы. Во-первых, прямое именование, когда процессы для указания своих партнеровпо взаимодействию используют уникальные имена партнеров (например, используяидентификаторы процессов или же по-иному: PID привязывается к некоторому новомууникальному имени, и обращение при взаимодействии происходит с использованиемсистемы этих новых имен). Во-вторых, это может быть взаимодействие посредствомобщего ресурса. Но в этом случае встает проблема именования этих общих ресурсов.Итак, мы рассмотрели модели взаимодействия процессов в рамках локальноймашины.
ОС Unix предоставляет целый спектр механизмов взаимодействия по каждой изуказанных групп. В частности, для взаимодействия родственных процессов могут бытьиспользованы такие механизмы, как неименованные каналы и трассировка.Неименованный канал — это некоторый ресурс, наследуемый сыновьямипроцессами, причем этот механизм может быть использован для организациивзаимодействия произвольных родственников (т.е., условно говоря, можно организоватьнеименованный канал между «сыном» и его «племянником», и т.п.).Неименованные каналы — пример симметричного взаимодействия, т.е., несмотряна то, что ресурс неименованного канала передается по наследству, взаимодействующиепроцессы в общем случае, абстрагируясь от семантики программы, имеют идентичныеправа.Другой моделью взаимодействия является несимметричная модель, которуюиногда называют модель «главный–подчиненный».
В этом случае средивзаимодействующих процессов можно выделить процессы, имеющие большеполномочий, чем у остальных. Соответственно, у главного процесса (или процессов) естьцелый спектр механизмов управления подчиненными процессами.Для организации взаимодействия произвольных процессов система предоставляетцелый спектр средств взаимодействия, среди которых преобладают средствасимметричного взаимодействия (т.е. процессам при взаимодействии предоставляютсяравные права).Именованные каналы — это ресурс, принадлежащий взаимодействующимпроцессам, посредством которого осуществляется взаимодействие.
При этом необязательно знать имена процессов-партнеров по взаимодействию.Передача сигналов — это средство оказания воздействия одним процессом надругой процесс в общем случае (в частности, одним из процессов в этом видевзаимодействия может выступать процесс операционной системы). При этомиспользуются непосредственные имена процессов.Система IPC (Inter-Process Communication) предоставляет взаимодействующимпроцессам общие разделяемые ресурсы (среди которых ниже будут рассмотрены общаяпамять, массив семафоров и очередь сообщений), посредством которых осуществляется134взаимодействие процессов. Отметим, что система IPC является некоторымальтернативным решением именованным каналам.Аппарат сокетов — унифицированное средство организации взаимодействия.
Насегодняшний момент сокеты — это не столько средства ОС Unix, сколькостандартизированные средства межмашинного взаимодействия. В аппарате сокетовименование осуществляется посредством связывания конкретного процесса (егоидентификатора PID) с конкретным сокетом, через который и происходитвзаимодействие.Итак, мы перечислили некоторые средства взаимодействия процессов в рамкаходной локальной машины (точнее сказать, в рамках ОС Unix), но это лишь малая частьсуществующих в настоящий момент средств организации взаимодействия.Второй блок организации взаимодействия — это взаимодействие в пределахсети. В данном случае ставится задача организовать взаимодействие процессов,находящихся на разных машинах под управлением различных операционных систем. Таже проблема именования процессов в рамках сети решается достаточно просто.Пусть у нас есть две машины, имеющие сетевые имена A и B.
Пусть на этихмашинах работают процессы P1 и P2 соответственно. Тогда, чтобы именовать процесс всети, достаточно использовать связку «сетевое имя машины + имя процесса на этоймашине». В нашем примере это будут пары (A–P1) и (B–P2).Но тут встает следующая проблема.
В рамках сети могут взаимодействоватьмашины, находящиеся под управлением операционных систем различного типа (т.е. всети могут оказаться Windows-машины, FreeBSD-машины, Macintosh-машины и пр.). Исистема именования должна быть построена так, чтобы обеспечить возможностьвзаимодействия произвольных машин, т.е.
это должно быть стандартизованным(унифицированным) средством. На сегодняшний день наиболее распространеннымиявляются аппарат сокетов и система MPI.Аппарат сокетов можно рассматривать как базовое средство организациивзаимодействия. Этот механизм лежит на уровне протоколов взаимодействия. Онпредполагает для обеспечения взаимодействия использование т.н. сокетов, ивзаимодействиеосуществляетсямеждусокетами.Конкретнаятопологиявзаимодействующих процессов зависит от задачи (можно организовать общение одногосокета со многими, можно установить связь один–к–одному и т.д.).
В конечном счете,именование сокетов также зависит от топологии: в одном случае необходимо знатьточные имена взаимодействующих сокетов, в другом случае имена некоторых сокетовмогут быть произвольными (например, в случае клиент–серверной архитектуры обычноимена клиентских сокетов могут быть любыми).Система MPI (интерфейс передачи сообщений) также является достаточнораспространенным средством организации взаимодействия в рамках сети. Эта системаиллюстрирует механизм передачи сообщений, речь о котором шла выше (см. раздел 2.4.2).Система MPI может работать на локальной машине, в многопроцессорных системах сраспределенной памятью (т.е.
может работать в кластерных системах), в сети в целом (вчастности, в т.н. GRID-системах).Далее речь пойдет о конкретных средствах взаимодействия процессов (как в ОСUnix, так и в некоторых других).3.1.1 СигналыВ ОС Unix присутствует т.н. аппарат сигналов, позволяющий одним процессамоказывать воздействия на другие процессы. Сигналы могут рассматриваться как средствоуведомления процесса о наступлении некоторого события в системе. В некотором смыслеаппарат сигналов имеет аналогию с аппаратом прерываний, поскольку последний естьтакже уведомление системы о том, что в ней произошло некоторое событие. Прерываниевызывает определенную детерминированную последовательность действий системы,135точно так же приход сигнала в процесс вызывает в нем определенную последовательностьдействий.Инициатором отправки сигнала процессу может быть как процесс, так и сама ОС.Сигналы, посылаемые ОС, уведомляют о наступлении некоторых строгопредопределенных ситуаций (как, например, завершение порожденного процесса,попытка выполнить недопустимую машинную инструкцию, попытка недопустимойзаписи в канал и т.п.), при этом каждой такой ситуации сопоставлен свой сигнал.
Дляиллюстрации приведем следующий пример. Пусть в ходе выполнения некоторогопроцесса произошло деление на ноль, вследствие чего в системе происходит прерывание,управление передается операционной системе. ОС «видит», что это прерывание «делениена ноль», и отправляет сигнал процессу, в теле которого произошла данная ошибка.Дальше процесс реагирует на получение сигнала, но об этом чуть позже.Инициатором посылки сигнала может выступать другой процесс.
В качествепримера можно привести следующую ситуацию. Пользователь ОС Unix запустилнекоторый процесс, который в некоторый момент времени зацикливается. Чтобы снятьэтот процесс со счета, пользователь может послать ему сигнал об уничтожении(например, нажав на клавиатуре комбинацию клавиш Ctrl+C, а это есть командаинтерпретатору команд послать код сигнала SIGINT). В данном случае процессинтерпретатора команд пошлет сигнал пользовательскому процессу.Аппарат сигналов является механизмом асинхронного взаимодействия, моментприхода сигнала процессу заранее неизвестен. Однако процесс может предвидетьвозможность получения того или иного сигнала и установить определенную реакцию наего приход.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
