Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Техехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов (1114927), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Если для загрузки этогопроцесса нет свободного пространства оперативной памяти, тосистема ищет среди процессов в оперативной памяти процесс,ожидающий ввода/вывода (сравнительно медленных операций,60процессы у которых приоритет выше значения P_ZERO) и имеющиймаксимальное значение P_TIME (т.е. тот, который находился воперативной памяти дольше всех).
Если такого процесса нет, товыбирается просто процесс с максимальным значением P_TIME.61ЧАСТЬ III. РЕАЛИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОЦЕССОВ.В этой части будет рассмотрен весь спектр средствмежпроцессноговзаимодействия,которыепредоставляетпрограммисту ОС UNIX. Отметим, что многие из этих средств(такие как сигналы, средства IPC, сокеты, MPI) или их аналогиимеются и в других операционных системах. Таким образом, данноерассмотрение будет полезно в целом для формированияпредставления о многообразии механизмов взаимодействияпроцессов, теоретические основы которых были рассмотрены ранее.Средства межпроцессного взаимодействия ОС UNIXпозволяют строить прикладные системы различной топологии,функционирующие как в пределах одной локальной ЭВМ, так и впределах сетей ЭВМ.Прирассмотрениилюбыхсредствмежпроцессноговзаимодействия возникает необходимость решения двух проблем,связанных с организацией взаимодействия процессов: проблемыименованиявзаимодействующихпроцессовипроблемысинхронизации процессов при организации взаимодействия.Первая проблема представляет собой необходимость выборапространства имен процессов-отправителей и получателей или именнекоторых объектов, через которые осуществляется взаимодействие.Эта проблема решается по-разному в зависимости от конкретногомеханизма взаимодействия.
В системах, обеспечивающихвзаимодействие процессов, функционирующих на различныхкомпьютерах в сети используется адресация, принятая в конкретнойсети ЭВМ (примером могут служить аппарат сокетов и MPI). Всредствах взаимодействия процессов, локализованных в пределаходной ЭВМ, способ именования зависит от конкретного механизмавзаимодействия.
В частности, для ОС UNIX механизмывзаимодействия процессов можно разделить на те средства, которыедоступны исключительно родственным процессам, и средства,доступные произвольным процессам7 (см. также Рис. 14).При взаимодействии родственных процессов проблемаименования решается за счет наследования потомками некоторыхсвойств своих прародителей. Например, в случае неименованныхканалов процесс-родитель для организации взаимодействия создаетканал. Дескрипторы, ассоциированные с этим каналом, наследуется7при условии, разумеется, что у данного процесса имеются достаточные права длядоступа к конкретному ресурсу, через который осуществляется взаимодействие62сыновними процессами, тем самым создается возможностьорганизации симметричного (ибо все процессы изначальноравноправны) взаимодействия родственных процессов.
Другойпример – взаимодействие процессов по схеме главный-подчиненный(трассировкапроцесса).Данныйтипвзаимодействияасимметричный: один из взаимодействующих процессов получаетстатус и права «главного», второй - «подчиненного». Главный – этородительский процесс, подчиненный – сыновний.
В данном случаепроблема именования снимается, так какидентификаторыпроцесса-сына и процесса-отца всегда доступны им обоим иоднозначно определены.При взаимодействии произвольных процессов не происходитнаследования некоторых свойств процессов, которые могутиспользоваться для именования. Поэтому в данном случае обычноиспользуются две схемы: первая – использование для именованияидентификаторов взаимодействующих процессов (к примеру,аппарат передачи сигналов); вторая – использование некоторогосистемного ресурса, обладающего уникальным именем. Примеромпоследнего могут являться именованные каналы, использующие дляорганизации взаимодействия процессов файлы специального типа(FIFO-файлы).взаимодействие процессоввзаимодействие в рамкахлокальной ЭВМ (одной ОС)родственныепроцессыпроизвольныепроцессывзаимодействие в рамкахсетисокетыMPIнеименованныеканалыименованныеканалытрассировкасигналыIPCсокетыРис.
14 Классификация средств взаимодействия процессов ОС UNIX63Другая проблема организации взаимодействия – это проблемасинхронизациивзаимодействующихпроцессов.Любоевзаимодействие процессов представимо в виде оказания однимпроцессом воздействия на другой процесс либо использованиянекоторых разделяемых ресурсов, через которые возможнаорганизация обмена данными. Первое требование к средствамвзаимодействия процессов – это атомарность (неразделяемость)базовых операций.
Синхронизация должна обеспечить атомарностьопераций взаимодействий или обмена данными с разделяемымиресурсами. К примеру, система должна блокировать начало чтенияданных из некоторого разделяемого ресурса до того, поканачавшаяся к этому моменту операция записи по этому ресурсу незавершится.Второе требование – это обеспечение определенного порядка воперациях взаимодействия, или семантическая синхронизация.Например, некорректной является попытка чтения данных, которыхеще нет (и операция записи которых еще не начиналась).
Взависимости от конкретного механизма взаимодействия, уровнейсемантической синхронизации может быть достаточно много.Комплексное решение проблемы синхронизации зависит отсвойств используемых средств взаимодействия процессов. Внекоторых случаях операционная система обеспечивает некоторыеуровни синхронизации (например, припередаче сигналов,использовании каналов). В других случаях участие операционнойсистемы в решении проблемы синхронизации минимально(например, при использовании разделяемой памяти IPC). В любомслучае, конкретная прикладная система должна учитывать, и принеобходимости обеспечивать семантическую синхронизациюпроцессов.Нижебудутрассмотреныконкретныевзаимодействия процессов, предоставляемые ОС UNIX.64средства5 Элементарныевзаимодействия.средствамежпроцессного5.1 Сигналы.Сигналы представляют собой средство уведомления процессао наступлении некоторого события в системе.
Инициаторомпосылки сигнала может выступать как другой процесс, так и самаОС. Сигналы, посылаемые ОС, уведомляют о наступлениинекоторых строго предопределенных ситуаций (как, например,завершение порожденного процесса, прерывание процесса нажатиемкомбинации Ctrl-C, попытка выполнить недопустимую машиннуюинструкцию, попытка недопустимой записи в канал и т.п.), при этомкаждой такой ситуации сопоставлен свой сигнал.
Кроме того,зарезервировано один или несколько номеров сигналов, семантикакоторых определяется пользовательскими процессами по своемуусмотрению (например, процессы могут посылать друг другусигналы с целью синхронизации).Количество различных сигналов в современных версиях UNIXоколо 30, каждый из них имеет уникальное имя и номер. Описанияпредставлены в файле <signal.h>.
В таблице приведено несколькопримеров сигналов8:ЧисловоезначениеКонстанта Значение сигнала2SIGINTПрерывание выполнения по нажатиюCtrl-C3SIGQUITАварийное завершение работы9SIGKILLУничтожение процесса14SIGALRM Прерывание от программного таймера18SIGCHLD Завершился процесс-потомокСигналы являются механизмом асинхронного взаимодействия,т.е. момент прихода сигнала процессу заранее неизвестен. Однакопроцесс может предвидеть возможность получения того или иногосигнала и установить определенную реакцию на его приход. В этомплане сигналы можно рассматривать как программный аналогаппаратных прерываний.8Следует заметить, что в разных версиях UNIX имена сигналов могут различаться.65При получении сигнала процессом возможны три вариантареакции на полученный сигнал:- Процесс реагирует на сигнал стандартным образом,установленным по умолчанию (для большинства сигналовдействие по умолчанию – это завершение процесса).- Процесс может установить специальную обработкусигнала, в этом случае по приходу сигнала вызываетсяфункция-обработчик, определенная процессом (при этомговорят, что сигнал перехватывается)- Процесс может проигнорировать сигнал.Для каждого сигнала процесс может устанавливать свойвариант реакции, например, некоторые сигналы он можетигнорировать, некоторые перехватывать, а на остальные установитьреакцию по умолчанию.
При этом в процессе свое работы процессможет изменять вариант реакции на тот или иной сигнал. Однако,необходимо отметить, что некоторые сигналы невозможно ниперехватить, ни игнорировать. Они используются ядром ОС дляуправления работой процессов (например, SIGKILL, SIGSTOP).Если в процесс одновременно доставляется несколькоразличных сигналов, то порядок их обработки не определен. Если жеобработки ждут несколько экземпляров одного и того же сигнала, тоответ на вопрос, сколько экземпляров будет доставлено в процесс –все или один – зависит от конкретной реализации ОС.Отдельного рассмотрения заслуживает ситуация, когда сигналприходит в момент выполнения системного вызова.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
