Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Пять из семи базовых компонентов нашего потока уже реализованы в библиотеке классов iostreams. Поэтому нам остается лишь дополнить их компонентами портов ввода и вывода. Для этого мы можем рассмотреть системные средства поддержки потоков. В среде UNIX/Linux создать канал можно с помощью вызовов системных функций (листинг 11.19).

// Листинг 11.19. Использование системного вызова для

// создания канала

int main(int argc, char *argv[]) {

//.. .

int Fd[2];

pipe(Fd);

//.. .

}

Функция pipe() предназначена для создания структуры данных канала, которую можно использовать для взаимодействия между родительским и сыновним процессами. При успешном обращении к функции pipe() она возвращает два дескриптора файла. (Дескрипторы файлов представляют собой целые значения, которые используются для идентификации успешно открытых файлов.) В этом случае дескрипторы сохраняются в массиве Fd. Элемент Fd[0] используется при открытии файла для чтения, а элемент Fd[1] — при открытии файла для записи. После создания эти два дескриптора файлов можно использовать при вызове функций read() и write(). Функция write() обеспечивает вставку данных в канал посредством дескриптора Fd[1], а функция read() — извлечение данных из канала посредством дескриптора Fd[0]. Поскольку функция pipe () возвращает дескрипторы файлов, доступ к каналу можно получить с помощью системных средств работы с файлами. Для определения максимально возможного количества доступных дескрипторов файлов, открытых одним процессом, можно использовать системную функцию sysconf(_SC_OPEN_MAX), адля определения размера канала — функцию pathconf(_PC_PIPE_BUF).

Эти два файловых дескриптора представляют наши логические порты ввода и вывода соответственно. Мы также используем их для связи с библиотекой классов iostreams. В частности, они обеспечивают связь с классом буфера. Ко м понент буфера iostreams-классов имеет три семейства классов. Эти три типа буферных классов перечислены в табл. 11.3.

Таблица 11.3. Три типа буферных классов

basic_streambufОписывает поведение различных потоковых буферов с целью управления входными и выходными последовательностями символов

basic_stringbufСвязывает входные и выходные последовательности с последовательностью произвольных символов, которая может быть использо-ванадля инициализации или доступна в качестве строкового объекта

basic_filebufСвязывает входные и выходные последовательности символов с файлом

Рассмотрим подробнее класс basic_filebuf. Тогда как класс basic_streambuf используется в качестве объектно-ориентированного буфера в операциях ввода-вывода с применением стандартного потока, а класс basic_stringbuf — в качестве объектно-ориентированного буфера для памяти, класс basic_filebuf применяется в качестве объектно-ориентированного буфера для файлов. Рассмотрев интерфейс для класса basic_filebuf и интерфейс для классов преобразования (basic_ifstream, basic_ofstream и basic_fstream), можно найти способ связать дескрипторы файлов, возвращаемые системной функцией pipe (), с объектами класса basic_iostream. На рис. 11.8 показаны диаграммы классов для семейства fstream-классов.

Обратите вни м ание на то, что все классы basic_ifstream, basic_ofstreamи basic_fstreamсодержат класс basic_filebuf.Следовательно, чтобы упростить создание объектно-ориентированного канала, мы можем использовать любой класс из семейства fstream-классов. Мы можем связать дескрипторы файлов, возвращаемые системной функцией pipe(), либо с помощью конструкторов, либо с помощью функции-члена attach().

Синопсис

#include

// UNIX-системы

ifstream(int fd)

fstream(int fd)

ofstream(int fd)

// gnu C++

void attach(int fd) ;

Существует три iostream-класса (ifstream, ofstreamи fstream), которые мы можем использовать для подключения к каналу. Объект класса ifstream используется для ввода данных, объект класса ofstream — для их вывода, а объект класса fstream можно применять и в том и в другом случае. Несмотря на то что непосредственная поддержка дескрипторов файлов и потоков ввода-вывода не является частью стандарта ISO, в большинстве UNIX- и Linux-сред поддерживается С++-ориентированный iostream-доступ к дескрипторам файлов. В библиотеке GNU С++ iostreams предусмотрена поддержка дескриптора файла в одном из конструкторов классов ifstream, ofstreamи fstreamи в методе attach() , определенном в классах ifstreamи ofstream.UNIX-компилятор языка С++ ко м пании Sun также поддерживает дескрипторы файлов с помощью одного из конструкторов классов ifstream, ofstreamи fstream.Поэтому при выполнении следующего фрагмента кода

//...

int Fd[2];

Pipe(Fd);

ifstream IPipe(Fd[0]) ;

ofstream OPipe(Fd[1]) ;

будут созданы объектно-ориентированные каналы. Объект IPipeбудет играть роль входного потока, а объект OPipe—выходного. После создания эти потоки можно применять для связи между параллельно выполняемыми процессами с использованием потоково г о представления и операторов вставки (<<) и извлечения (>>). Для С++-сред, которые поддерживают метод attach(),дескриптор файла можно связать с объектами классов ifstream, ofstreamили fstream,используя следующий синтаксис.

// Листинг 11.20. Создание канала и использование

// функции attach()

int Fd[2];

ofstream OPipe;

//.. .

pipe(Fd);

//.. .

OPipe.attach(Fd[1]);

//.. .

OPipe << Value << endl;

Такой способ использования объектно-ориентированных каналов предполагает существование сыновнего процесса, который может считывать из них информацию. В программе 11.1 для создания двух процессов используется fork-инструкция. Родительский процесс отправляет значение сыновнему процессу с помощью iostreams-ориентированного канала.

// Программа 11.1

1 #include

2 #include

3 #include

4 #include

5 #include 6

7 8 9

10 int main(int argc, char *argv[])

11 {

12

13 int Fd[2];

14 int Pid;

15 float Value;

16 int Status;

17 if(pipe(Fd) != 0) {

18 cerr « «Ошибка при создании канала " « endl;

19 exit(l);

20 }

21 Pid = fork();

22 if(Pid == 0){

23 ifstream IPipe(Fd[0]);

24 IPipe » Value;

25 cout « «От процесса-родителя получено значение» << Value << endl;