Морис Бах - Архитектура операционной системы UNIX

С помощью системной функции alarm пользовательские процессы могут инициировать посылку сигналов тревоги ("будильника") через кратные промежутки времени. Например, программа на Рисунке 8.8 каждую минуту проверяет время доступа к файлу и, если к файлу было произведено обращение, выводит соответствующее сообщение. Для этого в цикле, с помощью функции stat, устанавливается момент последнего обращения к файлу и, если оно имело место в течение последней минуты, выводится сообщение. Затем процесс с помощью функции signal делает распоряжение принимать сигналы тревоги, с помощью функции alarm задает интервал между сигналами в 60 секунд и с помощью функции pause приостанавливает свое выполнение до момента получения сигнала. Через 60 секунд сигнал поступает, ядро подготавливает стек задачи к вызову функции обработки сигнала wakeup, функция возвращает управление на оператор, следующий за вызовом функции pause, и процесс исполняет цикл вновь.

Все перечисленные функции работы с временем протекания процесса объединяет то, что они опираются на показания системных часов (таймера). Обрабатывая прерывания по таймеру, ядро обращается к различным таймерным счетчикам и инициирует соответствующее действие.

В функции программы обработки прерываний по таймеру входит:

• перезапуск часов,

• вызов на исполнение функций ядра, использующих встроенные часы,

• поддержка возможности профилирования выполнения процессов в режимах ядра и задачи;

• сбор статистики о системе и протекающих в ней процессах,

• слежение за временем,

• посылка процессам сигналов "будильника" по запросу,

• периодическое возобновление процесса подкачки (см. следующую главу),

• управление диспетчеризацией процессов.

Некоторые из функций реализуются при каждом прерывании по таймеру, другие — по прошествии нескольких таймерных тиков. Программа обработки прерываний по таймеру запускается с высоким приоритетом обращения к процессору, не допуская во время работы возникновения других внешних событий (таких как прерывания от периферийных устройств). Поэтому программа обработки прерываний по таймеру работает очень быстро, за максимально-короткое время пробегая свои критические отрезки, которые должны выполняться без прерываний со стороны других процессов. Алгоритм обработки прерываний по таймеру приведен на Рисунке 8.9.

#include ‹sys/types.h›

#include ‹sys/stat.h›

#include ‹sys/signal.h›

main(argc, argv)

int argc;

char *argv[];

{

extern unsigned alarm();

extern wakeup();

struct stat statbuf;

time_t axtime;

if (argc != 2) {

printf("только 1 аргумент\n");

exit();

}

axtime = (time_t) 0;

for (;;) {

/* получение значения времени доступа к файлу */

if (stat(argv[1], &statbuf) == -1) {

printf("файла с именем %s нет\n", argv[1]);

exit();

}

if (axtime != statbuf.st_atime) {

printf("к файлу %s было обращение\n", argv[1]);

axtime = statbuf.st_atime;

}

signal(SIGALRM, wakeup); /* подготовка к приему сигнала */

alarm(60);

pause(); /* приостанов до получения сигнала */

}

}

wakeup() {}

Рисунок 8.8. Программа, использующая системную функцию alarm

алгоритм clock

входная информация: отсутствует

выходная информация: отсутствует

{

перезапустить часы; /* чтобы они снова посылали прерывания */

if (таблица ответных сигналов не пуста) {

установить время для ответных сигналов;

запустить функцию callout, если время истекло;

}

if (профилируется выполнение в режиме ядра)

запомнить значение счетчика команд в момент прерывания;

if (профилируется выполнение в режиме задачи)

запомнить значение счетчика команд в момент прерывания;

собрать статистику о самой системе;

собрать статистику о протекающих в системе процессах;

выверить значение продолжительности ИЦП процессом;

if (прошла 1 секунда или более и исполняется отрезок, не являющийся критическим) {

for (всех процессов в системе) {

установить "будильник", если он активен;

выверить значение продолжительности ИЦП;

if (процесс будет исполняться в режиме задачи) выверить приоритет процесса;

}

возобновить в случае необходимости выполнение процесса подкачки;

}

}

Рисунок 8.9. Алгоритм обработки прерываний по таймеру

В большинстве машин после получения прерывания по таймеру требуется программными средствами произвести перезапуск часов, чтобы они по прошествии интервала времени могли вновь прерывать работу процессора. Такие средства являются машинно-зависимыми и мы их рассматривать не будем.

Некоторым из процедур ядра, в частности драйверам устройств и сетевым протоколам, требуется вызов функций ядра в режиме реального времени. Например, процесс может перевести терминал в режим ввода без обработки символов, при котором ядро выполняет запросы пользователя на чтение с терминала через фиксированные промежутки времени, не дожидаясь, когда пользователь нажмет клавишу "возврата каретки" (см.раздел 10.3.3). Ядро хранит всю необходимую информацию в таблице ответных сигналов (Рисунок 8.9), в том числе имя функции, запускаемой по истечении интервала времени, параметр, передаваемый этой функции, а также продолжительность интервала (в таймерных тиках) до момента запуска функции.

Пользователь не имеет возможности напрямую контролировать записи в таблице ответных сигналов; для работы с ними существуют различные системные алгоритмы. Ядро сортирует записи в этой таблице в соответствии с величиной интервала до момента запуска функций. В связи с этим для каждой записи таблицы запоминается не общая продолжительность интервала, а только промежуток времени между моментами запуска данной и предыдущей функций. Общая продолжительность интервала до момента запуска функции складывается из промежутков времени между моментами запуска всех функций, начиная с первой и вплоть до текущей.

Рисунок 8.10. Включение новой записи в таблицу ответных сигналов

На Рисунке 8.10 приведен пример добавления новой записи в таблицу ответных сигналов. (К отрицательному значению поля "время до запуска" для функции a мы вернемся несколько позже). Создавая новую запись, ядро отводит для нее надлежащее место и соответствующим образом переустанавливает значение поля "время до запуска" в записи, следующей за добавляемой. Судя по рисунку, ядро собирается запустить функцию f через 5 таймерных тиков: оно отводит место для нее в таблице сразу после функции b и заносит в поле "время до запуска" значение, равное 2 (тогда сумма значений этих полей для функций b и f составит 5), и меняет "время до запуска" функции c на 8 (при этом функция c все равно запускается через 13 таймерных тиков). В одних версиях ядро пользуется связным списком указателей на записи таблицы ответных сигналов, в других меняет положение записей при корректировке таблицы. Последний способ требует значительно меньших издержек при условии, что ядро не будет слишком часто обращаться к таблице.