Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Техехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов (1114927), страница 14
Текст из файла (страница 14)
единственная возможностьиспользовать канал – это те файловые дескрипторы,которые с ним ассоциированы- Канал не существует вне процесса, т.е. для существованиеканала необходим процесс, который его создаст и вкотором он будет существовать, для файла это не так.-Канал реализует модель последовательного доступа кданным (FIFO), т.е. данные из канала можно прочитатьтолько в той же последовательности, в каком они былизаписаны. Это означает, что для файловых дескрипторов,ассоциированных с каналом, не определена операцияlseek() (при попытке обратиться к этому вызовупроизойдет ошибка).Кроме того, существует ряд отличий в поведении операцийчтения и записи в канал, а именно:При чтении из канала:• если прочитано меньше байтов, чем находится в канале,оставшиеся сохраняются в канале;• если делается попытка прочитать больше данных, чем имеетсяв канале, и при этом существуют открытые дескрипторызаписи, ассоциированные с каналом, будет прочитано (т.е.изъято из канала) доступное количество данных, после чегочитающий процесс блокируется до тех пор, пока в канале непоявится достаточное количество данных для завершенияоперации чтения.• процесс может избежать такого блокирования, изменив дляканала режим блокировки с использованием системноговызова fcntl().
В неблокирующем режиме в ситуации,описанной выше, будет прочитано доступное количестводанных, и управление будет сразу возвращено процессу.80• При закрытии записывающей стороны канала, в негопомещаетсясимволEOF.Послеэтогопроцесс,осуществляющий чтение, может выбрать из канала всеоставшиеся данные и признак конца файла, благодарякоторому блокирования при чтении в этом случае непроисходит.При записи в канал:• если процесс пытается записать большее число байтов, чемпомещается в канал (но не превышающее предельный размерканала) записывается возможное количество данных, послечего процесс, осуществляющий запись, блокируется до техпор, пока в канале не появится достаточное количество местадля завершения операции записи;• процесс может избежать такого блокирования, изменив дляканала режим блокировки с использованием системноговызова fcntl().
В неблокирующем режиме в ситуации,описанной выше, будет записано возможное количестводанных, и управление будет сразу возвращено процессу.• если же процесс пытается записать в канал порцию данных,превышающую предельный размер канала, то будет записанодоступное количество данных, после чего процессзаблокируется до появления в канале свободного месталюбого размера (пусть даже и всего 1 байт), затем процессразблокируется, вновь производит запись на доступное местов канале, и если данные для записи еще не исчерпаны, вновьблокируется до появления свободного места и т.д., пока небудут записаны все данные, после чего происходит возврат извызова write()• если процесс пытается осуществить запись в канал, с которымне ассоциирован ни один дескриптор чтения, то он получаетсигнал SIGPIPE (тем самым ОС уведомляет его онедопустимости такой операции).В стандартной ситуации (при отсутствии переполнения)система гарантирует атомарность операции записи, т.
е. приодновременной записи нескольких процессов в канал их данные неперемешиваются.81Пример 16. Использование канала.Пример использования канала в рамках одного процесса –копирование строк. Фактически осуществляется посылка данныхсамому себе.#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv){char *s = ”chanel”;char buf[80];int pipes[2];pipe(pipes);write(pipes[1], s, strlen(s) + 1);read(pipes[0], buf, strlen(s) + 1);close(pipes[0]);close(pipes[1]);printf(“%s\n”, buf);return 0;}Процессwrite()pipes[1]read()pipes[0]Рис. 15 Обмен через канал в рамках одного процесса.Чаще всего, однако, канал используется для обмена даннымимежду несколькими процессами. При организации такого обменаиспользуется тот факт, что при порождении сыновнего процессапосредством системного вызова fork() наследуется таблицафайловых дескрипторов процесса-отца, т.е.
все файловыедескрипторы, доступные процессу-отцу, будут доступны ипроцессу-сыну. Таким образом, если перед порождением потомкабыл создан канал, файловые дескрипторы для доступа к каналубудут унаследованы и сыном. В итоге обоим процессам оказываютсядоступны дескрипторы, связанные с каналом, и они могутиспользовать канал для обмена данными (см. Рис. 16 и Пример 17).82Процесс-отецПроцесс-сынpipe();fork()fd[0]fd[0]fd[1]fd[1]каналчтениезаписьРис.
16 Пример обмена данными между процессами через канал.Пример 17. Схемавзаимодействияиспользованием канала.процессовс#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main(int argc, char **argv){int fd[2];pipe(fd);if (fork()){/*процесс-родитель*/close(fd[0]);дескриптор *//*закрываемненужныйзакрываемненужныйwrite (fd[1], …);…close(fd[1]);…}else{/*процесс-потомок*/close(fd[1]);дескриптор *//*while(read (fd[0], …)){…}83…}}Аналогичным образом может быть организован обмен черезканал между двумя потомками одного порождающего процесса ивообще между любыми родственными процессами, единственнымтребованием здесь, как уже говорилось, является необходимостьсоздавать канал в порождающем процессе прежде, чем егодескрипторы будут унаследованы порожденными процессами.Как правило, канал используется как однонаправленноесредство передачи данных, т.е. только один из двухвзаимодействующих процессов осуществляет запись в него, а другойпроцесс осуществляет чтение10, при этом каждый из процессовзакрывает не используемый им дескриптор.
Это особенно важно длянеиспользуемого дескриптора записи в канал, так как именно призакрытии пишущей стороны канала в него помещается символ концафайла. Если, к примеру, в рассмотренном Пример 17 процесспотомок не закроет свой дескриптор записи в канал, то припоследующем чтении из канала, исчерпав все данные из него, онбудет заблокирован, так как записывающая сторона канала будетоткрыта, и следовательно, читающий процесс будет ожидатьочередной порции данных.Пример 18. Реализация конвейера.Пример реализации конвейера print|wc – вывод программыprint будет подаваться на вход программы wc. Программа printпечатает некоторый текст.
Программа wc считает количествопрочитанных строк, слов и символов.#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv){int fd[2];pipe(fd);/*организован канал*/if (fork())10это правило не является обязательным, но для корректной организациидвустороннего обмена через один канал требуется дополнительная синхронизация84{/*процесс-родитель*/dup2(fd[1],1);/*отождествилистандартный вывод с файловым дескрипторомканала, предназначенным для записи */close(fd[1]);/*закрылифайловыйдескрипторканала,предназначенныйдлязаписи */close(fd[0]);/*закрылифайловыйдескрипторканала,предназначенныйдлячтения */exelp(“print”, ”print”,программу print */0);/*запустили}/*процесс-потомок*/dup2(fd[0], 0); /* отождествили стандартныйвводсфайловымдескрипторомканала,предназначенным для чтения*/close(fd[0]);/* закрыли файловый дескрипторканала, предназначенный для чтения */close(fd[1]);/* закрыли файловый дескрипторканала, предназначенный для записи */execl(“/usr/bin/wc”,программу wc */”wc”,0);/*запустили}Пример 19.
Совместное использование сигналов и каналов– «пинг-понг».Пример программы с использованием каналов и сигналов дляосуществления связи между процессами –весьма типичнойситуации в системе. При этом на канал возлагается роль средыдвусторонней передачи информации, а на сигналы – роль системысинхронизации при передаче информации.
Процессы посылают другдругу целое число, всякий раз увеличивая его на 1. Когда числодостигнет некоего максимума, оба процесса завершаются.#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>85#include <stdio.h>#define MAX_CNT 100int target_pid, cnt;int fd[2];int status;void SigHndlr(int s){/* в обработчике сигнала происходит и чтение, изапись */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 изканала */kill(target_pid, SIGUSR1);}elseif (target_pid == getppid()){/* условие окончания игры проверяетсяпотомком */printf("Childisterminated\n");goingclose(fd[1]); close(fd[0]);/* завершается потомок */exit(0);} elsekill(target_pid, SIGUSR1);}86tobeint main(int argc, char **argv){pipe(fd); /* организован канал */signal (SIGUSR1, SigHndlr);/* установленпроцессов */обработчиксигналадляобоихcnt = 0;if (target_pid = fork()){/* Предку остается только ждать завершенияпотомка */wait(&status);printf("Parentterminated\n");isgoingtobeclose(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 */}}5.4 Именованные каналы (FIFO)Рассмотренные выше программные каналы имеют важноеограничение: так как доступ к ним возможен только посредствомдескрипторов, возвращаемых при порождении канала, необходимымусловием взаимодействия процессов через канал является передачаэтих дескрипторов по наследству при порождении процесса.Именованные каналы (FIFO-файлы) расширяют свою областьприменения за счет того, что подключиться к ним может любой87процесс в любое время, в том числе и после создания канала.
Этовозможно благодаря наличию у них имен.FIFO-файл представляет собой отдельный тип файла вфайловой системе UNIX, который обладает всеми атрибутамифайла, такими как имя владельца, права доступа и размер. Для егосоздания в UNIX System V.3 и ранее используется системный вызовmknod(), а в BSD UNIX и System V.4 – вызов mkfifo() (этот вызовподдерживается и стандартом POSIX):#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>int mknod (char *pathname, mode_t mode, dev);#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo (char *pathname, mode_t mode);В обоих вызовах первый аргумент представляет собой имясоздаваемого канала, во втором указываются права доступа к немудля владельца, группы и прочих пользователей, и кроме того,устанавливается флаг, указывающий на то, что создаваемый объектявляется именно FIFO-файлом (в разных версиях ОС он можетиметь разное символьное обозначение – S_IFIFO или I_FIFO).Третий аргумент вызова mknod() игнорируется.После создания именованного канала любой процесс можетустановит с ним связь посредством системного вызова open().
Приэтом действуют следующие правила:- если процесс открывает FIFO-файл для чтения, онблокируется до тех пор, пока какой-либо процесс неоткроет тот же канал на запись- если процесс открывает FIFO-файл на запись, онбудет заблокирован до тех пор, пока какой-либопроцесс не откроет тот же канал на чтение- процесс может избежать такого блокирования, указавв вызове open() специальный флаг (в разных версияхОС он может иметь разное символьное обозначение –O_NONBLOCK или O_NDELAY). В этом случае в88ситуациях, описанных выше, вызов open() сразу жевернет управление процессуПравила работы с именованными каналами, в частности,особенности операций чтения-записи, полностью аналогичнынеименованным каналам.Ниже рассматривается пример, где один из процессов являетсясервером, предоставляющим некоторую услугу, другой же процесс,который хочет воспользоваться этой услугой, является клиентом.Клиент посылает серверу запросы на предоставление услуги, асервер отвечает на эти запросы.Пример 20.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
