Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

Рассмотрим типичную ситуацию взаимодействия процессов, когда серверный процесс обменивается данными с несколькими клиентами. Свойство мультиплексирования позволяет использовать для такого обмена одну очередь сообщений. Для этого сообщениям, направляемым от любого из клиентов серверу, будем присваивать значение типа, скажем, равным 1. Если в теле сообщения клиент каким-либо образом идентифицирует себя (например, передает свой PID), то сервер сможет передать сообщение конкретному клиенту, присваивая тип сообщения равным этому идентификатору.

Поскольку функция msgrcv(2) позволяет принимать сообщения определенного типа (типов), сервер будет принимать сообщения с типом 1, а клиенты — сообщения с типами, равными идентификаторам их процессов. Схема такого взаимодействия представлена на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Мультиплексирование сообщений в одной очереди

Атрибут msgtypeтакже можно использовать для изменения порядка извлечения сообщений из очереди. Стандартный порядок получения сообщений аналогичен принципу FIFO — сообщения получаются в порядке их записи. Однако используя тип, например, для назначения приоритета сообщений, этот порядок легко изменить.

Пример приложения "Здравствуй, Мир!", использующего сообщения:

#define MAXBUFF 80

#define PERM 0666

/* Определим структуру нашего сообщения. Она может отличаться

от структуры msgbuf, но должна содержать поле mtype. В данном

случае структура сообщения состоит из буфера обмена */

typedef struct our msgbuf {

long mtype;

char buff[MAXBUFF];

} Message;

#include

#include

#include "mesg.h"

main() {

/* Структура нашего сообщения (может отличаться от

структуры msgbuf) */

Message message;

key_t key;

int msgid, length, n;

/* Получим ключ */

if ((key = ftok("server", 'A')) < 0) {

printf("Невозможно получить ключ\n");

exit(1);

}

/* Тип принимаемых сообщений */

message.mt_type = 1L;

/* Создадим очередь сообщений */

if ((msgid = msgget(key, РЕRМ | IPC_CREAT)) < 0) {

printf("Невозможно создать очередь\n");

exit(1);

}

/* Прочитаем сообщение */

n =

msgrcv(msgid, &message, sizeof(message), message.mtype, 0);

/* Если сообщение поступило, выведем его содержимое

на терминал */

if (n > 0) {

if (write(1, message.buff, n) != n) {

printf("Ошибка вывода\n");

exit(1);

}

} else {

printf("Ошибка чтения сообщения\n");

exit(1);

}

/* Удалить очередь поручим клиенту */

exit(0);

}

#include

#include

#include

#include "mesg.h"

main {

/* Структура нашего сообщения (может отличаться от

структуры msgbuf */

Message message;

key_t key;

int msgid, length;

/* Тип посылаемого сообщения, может использоваться для

мультиплексирования */

message.mtype = 1L;

/* Получим ключ */

if ((key = ftok("server", 'A')) < 0) {

printf("Невозможно получить ключ\n");

exit(1);

}

/* Получим доступ к очереди сообщений, очередь уже

должна быть создана сервером */

if ((msgid = msgget(key, 0)) < 0) {

printf("Невозможно получить доступ к очереди\n");

exit(1);

}

/* Поместим строку в сообщение */

if ((length = sprintf(message.buff,

"Здравствуй, Мир!\n")) < 0) {

printf("Ошибка копирования в буфер\n");

exit(1);

} /* Передадим сообщение */

if (msgsnd(msgid, (void*)&message, length, 0) != 0) {

printf("Ошибка записи сообщения в очередь\n");

exit(1);

}

/* Удалим очередь сообщений */

if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) < 0) {

printf("Ошибка удаления очереди\n");

exit(1);

}

exit(0);

}

Для синхронизации процессов, а точнее, для синхронизации доступа нескольких процессов к разделяемым ресурсам, используются семафоры. Являясь одной из форм IPC, семафоры не предназначены для обмена большими объемами данных, как в случае FIFO или очередей сообщений. Вместо этого, они выполняют функцию, полностью соответствующую своему названию — разрешать или запрещать процессу использование того или иного разделяемого ресурса.

Применение семафоров поясним на простом примере. Допустим, имеется некий разделяемый ресурс (например, файл). Необходимо блокировать доступ к ресурсу для других процессов, когда некий процесс производит операцию над ресурсом (например, записывает в файл). Для этого свяжем с данным ресурсом некую целочисленную величину — счетчик, доступный для всех процессов. Примем, что значение 1 счетчика означает доступность ресурса, 0 — его недоступность. Тогда перед началом работы с ресурсом процесс должен проверить значение счетчика. Если оно равно 0 — ресурс занят и операция недопустима — процессу остается ждать. Если значение счетчика равно 1 — можно работать с ресурсом. Для этого, прежде всего, необходимо заблокировать ресурс, т. е. изменить значение счетчика на 0. После выполнения операции для освобождения ресурса значение счетчика необходимо изменить на 1. В приведенном примере счетчик играет роль семафора.

Для нормальной работы необходимо обеспечить выполнение следующих условий:

1. Значение семафора должно быть доступно различным процессам. Поэтому семафор находится не в адресном пространстве процесса, а в адресном пространстве ядра.

2. Операция проверки и изменения значения семафора должна быть реализована в виде одной атомарной по отношению к другим процессам (т. е. непрерываемой другими процессами) операции. В противном случае возможна ситуация, когда после проверки значения семафора выполнение процесса будет прервано другим процессом, который в свою очередь проверит семафор и изменит его значение. Единственным способом гарантировать атомарность критических участков операций является выполнение этих операций в режиме ядра (см. режимы выполнения процесса).

Таким образом семафоры являются системным ресурсом, действия над которым производятся через интерфейс системных вызовов.

Семафоры в System V обладают следующими характеристиками:

□ Семафор представляет собой не один счетчик, а группу, состоящую из нескольких счетчиков, объединенных общими признаками (например, дескриптором объекта, правами доступа и т.д.).

□ Каждое из этих чисел может принимать любое неотрицательное значение в пределах, определенных системой (а не только значения 0 и 1).