Билеты (Graur) (1114774), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Как правило,использование семафоров в качестве средства синхронизации доступа к другимразделяемым объектам предполагает следующую схему:- с каждым разделяемым ресурсом связывается один семафор изнабора;- положительное значение семафора означает возможность доступак ресурсу (ресурс свободен), неположительное – отказ в доступе(ресурс занят);- перед тем как обратиться к ресурсу, процесс уменьшает значениесоответствующего ему семафора, при этом, если значениесемафора после уменьшения должно оказаться отрицательным, топроцесс будет заблокирован до тех пор, пока семафор не приметтакое значение, чтобы при уменьшении его значение оставалосьнеотрицательным;- закончив работу с ресурсом, процесс увеличивает значениесемафора (при этом разблокируется один из ранеезаблокированных процессов, ожидающих увеличения значениясемафора, если таковые имеются);- в случае реализации взаимного исключения используетсядвоичный семафор, т.е.
такой, что он может принимать толькозначения 0 и 1: такой семафор всегда разрешает доступ к ресурсуне более чем одному процессу одновременноРассмотрим набор вызовов для оперирования с семафорами в UNIX System V.Доступ к семафоруДля получения доступа к массиву семафоров (или его создания) используетсясистемный вызов:#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>INT SEMGET (KEY_T KEY, INT NSEMS, INT SEMFLAG);Первый параметр функции semget() – ключ для доступа к разделяемомуресурсу, второй - количество семафоров в создаваемом наборе (длина массивасемафоров) и третий параметр – флаги, управляющие поведением вызова.Подробнее процесс создания разделяемого ресурса описан выше.
Отметимсемантику прав доступа к такому типу разделяемых ресурсов, как семафоры:процесс, имеющий право доступа к массиву семафоров по чтению, можетпроверять значение семафоров; процесс, имеющий право доступа по записи, можеткак проверять, так и изменять значения семафоров.В случае, если среди флагов указан IPC_CREAT, аргумент nsems долженпредставлять собой положительное число, если же этот флаг не указан, значениеnsems игнорируется. Отметим, что в заголовочном файле <sys/sem.h>определена константа SEMMSL, задающая максимально возможное числосемафоров в наборе.
Если значение аргумента nsems больше этого значения,вызов semget() завершится неудачно.В случае успеха вызов semget() возвращает положительный дескрипторсозданного разделяемого ресурса, в случае неудачи -1.Операции над семафоромИспользуя полученный дескриптор, можно производить изменять значения одногоили нескольких семафоров в наборе, а также проверять их значения на равенствонулю, для чего используется 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 из которых задаетодну операцию над семафором;nops – длина массива semop.
Количество семафоров, над которыми процессможет одновременно производить операцию в одном вызове semop(), ограниченоконстантой SEMOPM, описанной в файле <sys/sem.h>. Если процесс попытаетсявызвать semop() с параметром nops, большим этого значения, этот вызов вернетнеуспех.Структура имеет sembuf вид:struct sembuf {short sem_num;/* номер семафора в векторе */short sem_op; /* производимая операция */short sem_flg;/* флаги операции */}Поле операции в структуре интерпретируется следующим образом:Пусть значение семафора с номером sem_num равно sem_val.1. если значение операции не равно нулю: оценивается значение суммы sem_val + sem_op. если эта сумма больше либо равна нулю, то значение данногосемафора устанавливается равным этой сумме: sem_val =sem_val + sem_op если же эта сумма меньше нуля, то действие процесса будетприостановлено до тех пор, пока значение суммы sem_val +sem_op не станет больше либо равно нулю, после чегозначение семафора устанавливается равным этой сумме:sem_val = sem_val + sem_op2.
Если код операции sem_op равен нулю: Если при этом значение семафора (sem_val) равно нулю,происходит немедленный возврат из вызова Иначе происходит блокирование процесса до тех пор, показначение семафора не обнулится, после чего происходитвозврат из вызоваТаким образом, ненулевое значение поля sem_op обозначает необходимостьприбавить к текущему значению семафора значение sem_op, а нулевое –дождаться обнуления семафора.Поле sem_flg в структуре sembuf содержит комбинацию флагов,влияющих на выполнение операции с семафором.
В этом поле может бытьустановлен флаг IPC_NOWAIT, который предписывает соответствующей операциинад семафором не блокировать процесс, а сразу возвращать управление из вызоваsemop(). Вызов semop() в такой ситуации вернет –1. Кроме того, в этом полеможет быть установлен флаг SEM_UNDO, в этом случае система запомнитизменение значения семафора, произведенные данным вызовом, и по завершениипроцесса автоматически ликвидирует это изменение. Это предохраняет отситуации, когда процесс уменьшил значение семафора, начав работать с ресурсом,а потом, не увеличив значение семафора обратно, по какой-либо причинезавершился.
В этом случае остальные процессы, ждущие доступа к ресурсу,оказались бы заблокированы навечно.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 и изменять управляющиепараметры разделяемого ресурса, а также удалять его.Первый параметр вызова – дескриптор массива семафоров. Параметр numпредставляет собой индекс семафора в массиве, параметр cmd задает операцию,которая должна быть выполнена над данным семафором. Последний аргументимеет тип union semun и используется для считывания или заданияуправляющих параметров одного семафора или всего массива, в зависимости отзначения аргумента cmd.
Тип данных union semun определен в файле<sys/sem.h> и выглядит следующим образом:union semun {int val; // значение одного семафораstruct semid_ds *buf; /* параметры массива семафоров вцелом */ushort*array;/* массив значений семафоров */}где struct semid_ds – структура, описанная в том же файле, в полях которойхранится информация о всем наборе семафоров в целом, а именно, количествосемафоров в наборе, права доступа к нему и статистика доступа к массивусемафоров.Приведем некоторые наиболее часто используемые значения аргумента cmd:IPC_STAT – скопировать управляющие параметры набора семафоров по адресуarg.bufIPC_SET – заменить управляющие параметры набора семафоров на те, которыеуказаны в arg.buf.
Чтобы выполнить эту операцию, процесс должен бытьвладельцем или создателем массива семафоров, либо обладать правамипривилегированного пользователя, при этом процесс может изменить тольковладельца массива семафоров и права доступа к нему.IPC_RMID – удалить массив семафоров. Чтобы выполнить эту операцию, процессдолжен быть владельцем или создателем массива семафоров, либо обладатьправами привилегированного пользователяGETALL, SETALL – считать / установить значения всех семафоров в массив, накоторый указывает arg.arrayGETVAL – возвратить значение семафора с номером num. Последний аргументвызова игнорируется.SETVAL – установить значение семафора с номером num равным arg.valВ случае успешного завершения вызов возвращает значение, соответствующееконкретной выполнявшейся операции (0, если не оговорено иное), в случаенеудачи – -1.13. Работа с разделяемой памятью с синхронизацией семафорами.Программа будет оперировать с разделяемой памятью.1 процесс – создает ресурсы “разделяемая память” и “семафоры”, далее онначинает принимать строки со стандартного ввода и записывает их в разделяемуюпамять.2 процесс – читает строки из разделяемой памяти.Таким образом мы имеем критический участок в момент, когда один процесс ещене дописал строку, а другой ее уже читает.
Поэтому следует установить некоторыесинхронизации и задержки.1й процесс:#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <string.h>#define NMAX 256int 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;sops.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 для этогопроцесса */strcpy(shmaddr, str); /* копируем строку вразд.
память *//* предоставляем второму процессу возможностьвойти */sops.sem_op = 3; /* увеличение семафора на 3*/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 дочитал изразделяемой памяти и отключился от нее – можно ееудалять*/shmdt(shmaddr) ; /* отключаемся от разделяемойпамяти */shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);/* уничтожаем разделяемую память */semctl(semid, 0, IPC_RMID, (int) 0);/* уничтожаем семафор */return 0;}2й 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 NMAX 256int 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 процессу инициализации ресурсов */shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);sops.sem_num = 0;sops.sem_flg = 0;/* запускаем цикл */do {printf(“Waiting… \n”); /* ожидание на семафоре*/sops.sem_op = -2;/* будем ожидать, пока “значение семафора” +”значение sem_op” не станет положительным,т.е.
пока значение семафора не станет какминимум 3 (3-2=1 > 0) */semop(semid, &sops, 1);/* теперь значение семафора равно 1 */strcpy(str, shmaddr); /* копируем строку изразд.памяти *//*критическая секция - работа с разделяемойпамятью - в этот момент первый процесс кразделяемой памяти доступа не имеет*/if (str[0] == ‘Q’){/*завершение работы - освобождаемразделяемую память */shmdt(shmaddr);}/*после работы – обнулим семафор*/}sops.sem_op=-1;semop(semid, &sops, 1);printf(“Read from shared memory: %s\n”, str);} while (str[0] != ‘Q’);return 0;Отметим, что данный пример демонстрирует два разных приема использованиясемафоров для синхронизации: первый процесс блокируется в ожиданииобнуления семафора, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
