2011. Машбук (1114722), страница 37

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

Текст из файла (страница 37)

посетителей нет, тозаблокируемся до появления посетителя */down(&customers);down(&mutex); /* получаем доступ к waiting *//* уменьшаем кол-во ожидающих клиентов */waiting = waiting – 1;up(&barbers); /* парикмахер готов к работе */up(&mutex); /* освобождаем ресурс waiting */CutHair(); /* процесс стрижки */}}/* Посетитель */void Customer(void){down(&mutex); /* получаем доступ к waiting */if(waiting < CHAIRS) /* есть место для ожидания */{/* увеличиваем кол-во ожидающих клиентов */waiting = waiting + 1;/* если парикмахер спит, это его разбудит */up(&customers);up(&mutex); /* освобождаем ресурс waiting *//* если парикмахер занят, переходим в состояниеожидания, иначе – занимаем парикмахера */down(&barbers);/* занять место и перейти к стрижке */GetHaircut();}else{/*нет свободного кресла для ожидания – придется уйти */up(&mutex);}}Процесс-парикмахер сначала опускает семафор customers, уменьшив тем самымколичество ожидающих посетителей на 1.

Если в комнате ожидания никого нет, то он«засыпает» в своем кресле, пока не появится клиент, который его разбудит. Затемпарикмахер входит в критическую секцию, уменьшает счетчик ожидающих клиентов,поднимает семафор barbers, сигнализируя клиенту о своей готовности его обслужить, апотом выходит из критической секции. После описанных действий он начинает стричьволосы посетителю.Посетитель парикмахерской входит в критическую секцию.

Находясь в ней, онпроверяет, есть ли свободные места в зале ожидания. Если нет, то он просто уходит(покидает критическую секцию, поднимая семафор mutex). Иначе он увеличивает счетчикожидающих процессов и поднимает семафор customers. Если же этот посетитель является131единственным в данный момент клиентом брадобрея, то он этим действием разбудитбрадобрея.

После этого посетитель выходит из критической секции и «захватывает»брадобрея (опуская семафор barbers). Если же этот семафор опущен, то клиент будетдожидаться, когда брадобрей его поднимет, известив тем самым, что готов к работе. Вконце клиент обслуживается (GetHaircut).13233.1Реализация межпроцессноговзаимодействия в ОС UnixБазовыесредствапроцессов в ОС UnixреализациивзаимодействияСразу необходимо отметить, что во всех иллюстрациях организацийвзаимодействия процессов будем рассматривать полновесные процессы, т.е. те«классические» процессы, которые представляются в виде обрабатываемой в системепрограммы, обладающей эксклюзивными правами на оперативную память, а такжеправами на некоторые дополнительные ресурсы.Если посмотреть на проблемы взаимодействия процессов, то можно выделить двегруппы взаимодействия.

Первая группа — это взаимодействие процессов,функционирующих под управлением одной ОС на одной локальной ЭВМ. Вторая группавзаимодействия — это взаимодействие в пределах сети. В зависимости от того, к какойгруппе относится тот или иной механизм, он будет обладать соответствующимисвойствами и особенностями.Рассмотрим взаимодействие в рамках локальной ЭВМ (под управлением однойОС). Прежде всего, возникает общая для обеих упомянутых групп проблема именованиявзаимодействующих процессов, которая заключается в ответе на вопрос, как, т.е.посредством каких механизмов, взаимодействующие процессы смогут «найти другдруга». В рамках взаимодействия под управлением одной ОС можно выделить двеосновные группы решений данной задачи (Рис. 95).Взаимодействие процессовВзаимодействие в рамкахлокальной ЭВМ (одной ОС)родственныепроцессынеименованныеканалыВзаимодействие в рамкахсетисокетыпроизвольныепроцессыименованныеканалыMPIсигналытрассировкаIPCсокетыРис.

95. Способы организации взаимодействия процессов.Первая группа решений основана на взаимодействии родственных процессов.При взаимодействии родственных процессов, т.е. процессов, связанных некоторойиерархией родства, ОС обычно предоставляет возможность наследования сыновнимипроцессами некоторых характеристик родительских процессов. 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.

Характеристики

Список файлов лекций