Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

Ниже перечислены поля структуры sembuf.

■ sem_num— номер семафора в группе.

■ sem_op— число, задающее операцию.

Если данное поле содержит положительное число, оно немедленно добавляется к значению семафора.

Если данное поле содержит отрицательное число, то модуль числа вычитается из значения семафора. Операции, приводящие к установке отрицательного значения, блокируются до тех пор, пока значение семафора не станет достаточно большим (вследствие действий других процессов).

Если данное поле равно нулю, операция блокируется до тех пор, пока значение семафора не станет равным нулю.

■ sem_flg— это значение флага. Флаг IPC_NOWAITпредотвращает блокирование операции. Если запрашиваемая операция приведет к блокированию, функция semop()завершится выдачей кода ошибки. При наличии флага SEM_UNDOОС Linux автоматически отменит выполненную операцию по завершении процесса.

В листинге 5.4 иллюстрируются операции ожидания и установки двоичного семафора.

#include

#include

#include

/* Ожидание семафора. Операция блокируется до тех пор, пока

значение семафора не станет положительным, после чего

значение уменьшается на единицу. */

int binary_semaphore_wait(int semid) {

struct sembuf operations[1];

/* Оперируем одним-единственным семафором. */

operations[0].sem_num = 0;

/* Уменьшаем его значение на единицу. */

operations[0].sem_op = -1;

/* Разрешаем отмену операции. */

operations[0].sem_flg = SEM_UNDO;

return semop(semid, operations, 1);

}

/* Установка семафора: его значение увеличивается на единицу.

Эта операция завершается немедленно. */

int binary_semaphore_post(int semid) {

struct sembuf operations[1];

/* оперируем одним-единственным семафором. */

operations[0].sem_num = 0;

/* Увеличиваем его значение на единицу. */

operations[0].sem_op = 1;

/* Разрешаем отмену операции. */

operations[0].sem_flg = SEM_UNDO;

return semop(semid, operations, 1);

}

Флаг SEM_UNDOпозволяет решить проблему, возникающую при завершении процесса, которого есть ресурсы, связанные с семафором. Как бы ни завершился процесс — принудительно или естественным образом, — значение семафора автоматически корректируется. "отменяя" эффект операции, выполненной над семафором. Например, если процесс уменьшил значение семафора, а затем был уничтожен командой kill, значение семафора будет снова увеличено.

С помощью команды ipcs -sможно получить информацию о существующих группах семафоров. Команда ipcrm semпозволяет удалить заданную группу, например:

% ipcrm sem 5790517

Благодаря механизму отображаемой памяти процессы получают возможность общаться друг с другом посредством совместно используемого файла. Схематически это можно представить как совместный доступ к именованному сегменту памяти, хотя технически оба механизма реализованы по-разному.

При отображении файла в памяти формируется связь между файлом и памятью процесса. ОС Linux разбивает файл на страничные блоки и копирует их в страницы виртуальной памяти, чтобы они стали доступны в адресном пространстве процесса. Таким образом, процесс сможет обращаться к содержимому файла как к обычной памяти. При записи данных в соответствующую область памяти содержимое файла будет меняться. Это ускоряет доступ к файлам.

Отображаемую память можно представить как буфер, в который загружается все содержимое файла. Если данные, находящиеся в буфере, модифицируются, они записываются обратно в файл. Операции чтения и записи ОС Linux обрабатывает самостоятельно.

Файлы, отображаемые в памяти, можно использовать не только для организации взаимодействия процессов. О других применениях таких файлов пойдет речь в разделе 5.3.5. "Другие применения функции mmap()".

Для отображения обычного файла в памяти процесса предназначена функция mmap(). Ее первым аргументом является адрес, который будет соответствовать началу отображаемого файла в адресном пространстве процесса. Если задать значение NULL, ОС Linux выберет первый доступный адрес. Второй аргумент — это длина отображаемой области в байтах. Третий аргумент задает степень защиты диапазона отображаемых адресов. Он может содержать объединение битовых констант PROT_READ, PROT_WRITEи PROT_EXEC, соответствующих разрешению на чтение, запись и выполнение соответственно. Четвертый аргумент содержит дополнительные флаги. Пятый аргумент — это дескриптор открытого файла. В последнем аргументе задается смещение от начала файла, с которого начинается отображаемая область. Можно перенести в память весь файл или только часть его, должным образом корректируя начальное смещение и длину отображаемой области.

Ниже перечислены дополнительные флаги, задаваемые в четвертом аргументе.

■ MAP_FIXED. При наличии этого флага ОС Linux использует значение первого аргумента как точный адрес размещения отображаемого файла. Этот адрес должен соответствовать началу страницы.

■ MAP_PRIVATE. Изменения, вносимые в отображаемую память, записываются не в присоединенный файл, а в частную копию файла, принадлежащую процессу. Другие процессы не узнают об этих изменениях. Данный режим не совместим с режимом MAP_SHARED.

■ MAP_SHARED. Изменения, вносимые в отображаемую память, немедленно фиксируются в файле, минуя буфер. Этот режим используется при организации взаимодействия процессов и не совместим с режимом MAP_PRIVATE.

При успешном завершении функция возвращает указатель на начало области памяти. В противном случае возвращается флаг MAP_FAILED.

По окончании работы с отображаемым файлом его необходимо освободить с помощью функции munmap(). Ей передается начальный адрес и длина отображаемой области. ОС Linux автоматически освобождает отображаемые области при завершении процесса.

В этом разделе рассматриваются две программы, в которых иллюстрируются чтение и запись файлов, отображаемых в памяти. Первая программа (листинг 5.5) генерирует случайное число и записывает его в отображаемый файл. Вторая программа (листинг 5.6) читает число из файла, выводит его на экран, а затем умножает на 2 и записывает обратно в файл. Обе программы принимают имя файла из командной строки.

#include