- •Н.В.Вдовикина, а.В.Казунин, и.В.Машечкин, а.Н.Терехин Системное программное обеспечение: взаимодействие процессов.
- •Часть I. Теоретические основы. 5
- •Часть II. Реализация процессов. 34
- •Часть III. Реализация взаимодействия процессов. 62
- •6.4Семафоры. 116
- •Часть I. Теоретические основы.
- •Введение.
- •Понятие процесса.
- •Некоторые типы процессов.
- •«Полновесные процессы»
- •«Легковесные процессы»
- •Жизненный цикл процесса.
- •Синхронизация параллельных процессов.
- •Способы реализации взаимного исключения.
- •Запрещение прерываний и специальные инструкции.
- •Алгоритм Петерсона.
- •Активное ожидание.
- •Семафоры.
- •Мониторы.
- •Дополнительная синхронизация: переменные-условия.
- •Обмен сообщениями.
- •Синхронизация.
- •Адресация.
- •Длина сообщения.
- •Классические задачи синхронизации процессов.
- •«Обедающие философы»
- •Задача «читателей и писателей»
- •Задача о «спящем парикмахере»
- •Часть II. Реализация процессов.
- •Реализация процессов в ос unix
- •Понятие процесса в unix.
- •Контекст процесса.
- •Тело процесса.
- •Аппаратный контекст.
- •Системный контекст.
- •Аппарат системных вызов в oc unix.
- •Порождение новых процессов.
- •Порождение сыновнего процесса. Идентификаторы процессов.
- •Порождение сыновнего процесса. Одновременное выполнение.
- •Механизм замены тела процесса.
- •Запуск на выполнение команды ls.
- •Вызов программы компиляции.
- •Использование схемы fork-exec
- •Завершение процесса.
- •Использование системного вызова wait()
- •Использование системного вызова wait()
- •Жизненный цикл процесса в ос unix.
- •Начальная загрузка. Формирование о и 1 процессов.
- •Планирование процессов в ос unix.
- •Планирование процессов.
- •Принципы организация свопинга.
- •Часть III. Реализация взаимодействия процессов.
- •Элементарные средства межпроцессного взаимодействия.
- •Сигналы.
- •Обработка сигнала.
- •Удаление временных файлов при завершении программы.
- •Программа “Будильник”.
- •Двухпроцессный вариант программы “Будильник”.
- •Надежные сигналы.
- •Работа с сигнальной маской.
- •Использование надежных сигналов.
- •Программные каналы
- •Использование канала.
- •Реализация конвейера.
- •Совместное использование сигналов и каналов – «пинг-понг».
- •Именованные каналы (fifo)
- •Модель «клиент-сервер».
- •Нелокальные переходы.
- •Использование нелокальных переходов.
- •Трассировка процессов.
- •Общая схема использования механизма трассировки.
- •Трассировка процессов.
- •Средства межпроцессного взаимодействия System V.
- •Организация доступа и именования в разделяемых ресурсах.
- •Именование разделяемых объектов.
- •Генерация ключей: функция ftok().
- •Общие принципы работы с разделяемыми ресурсами.
- •Очередь сообщений.
- •Доступ к очереди сообщений.
- •Отправка сообщения.
- •Получение сообщения.
- •Управление очередью сообщений.
- •Использование очереди сообщений.
- •Основной процесс.
- •Очередь сообщений. Модель «клиент-сервер»
- •Разделяемая память
- •Создание общей памяти.
- •Доступ к разделяемой памяти.
- •Открепление разделяемой памяти.
- •Управление разделяемой памятью.
- •Общая схема работы с общей памятью в рамках одного процесса.
- •Семафоры.
- •Доступ к семафору
- •Операции над семафором
- •Управление массивом семафоров.
- •Работа с разделяемой памятью с синхронизацией семафорами.
- •1Й процесс:
- •2Й процесс:
- •Взаимодействие процессов в сети.
- •Механизм сокетов.
- •Типы сокетов. Коммуникационный домен.
- •Создание и конфигурирование сокета. Создание сокета.
- •Связывание.
- •Предварительное установление соединения. Сокеты с установлением соединения. Запрос на соединение.
- •Сервер: прослушивание сокета и подтверждение соединения.
- •Прием и передача данных.
- •Завершение работы с сокетом.
- •Резюме: общая схема работы с сокетами.
- •Работа с локальными сокетами.
- •Пример работы с сокетами в рамках сети.
- •Среда параллельного программирования mpi
- •Краткий обзор параллельных архитектур.
- •Системы с распределенной памятью – mpp.
- •Системы с общей памятью – smp.
- •Системы с неоднородным доступом к памяти – numa.
- •Кластерные системы.
- •Модель программирования mpi.
- •Функции общего назначения. Общая структура программы.
- •Коммуникаторы и группы.
- •Обрамляющие функции. Инициализация и завершение.
- •Синхронизация: барьеры.
- •Использование барьерной синхронизации.
- •Прием и передача данных. Общие замечания.
- •Сообщения и их атрибуты.
- •Поддержка типов данных в mpi.
- •Коммуникации «точка-точка». Блокирующий режим.
- •Отправка сообщений в блокирующем режиме.
- •Режимы буферизации.
- •Прием сообщений в блокирующем режиме.
- •Mpi: прием сообщения, размер которого неизвестен заранее.
- •Коммуникации «точка-точка». Неблокирующий режим.
- •Отсылка и прием сообщений в неблокирующем режиме.
- •Работа с квитанциями.
- •Mpi: коммуникации «точка-точка». «Пинг-понг».
- •Коллективные коммуникации.
- •Коллективный обмен данными.
- •Коллективный обмен, совмещенный с обработкой данных.
- •Mpi: применение коллективных коммуникаций.
- •Алфавитный указатель упоминаемых библиотечных функций и системных вызовов.
- •Список литературы
-
Работа с сигнальной маской.
В данном примере анализируется сигнальная маска процесса, и выдается сообщение о том, заблокирован ли сигнал SIGINT, и ожидает ли такой сигнал доставки в процесс. Для того, чтобы легче было увидеть в действии результаты данных операций, предусмотрена возможность добавить этот сигнал к сигнальной маске процесса и послать этот сигнал самому себе.
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{
sigset_t sigset;
int fl;
sigemptyset(&sigset);
printf("Добавить SIGINT к текущей маске? (yes - 1, no - 0) \n");
scanf("%d", &fl);
if (fl)
{
sigaddset(&sigset, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &sigset, NULL);
}
printf("Послать SIGINT? (yes - 1, no - 0)\n");
scanf("%d", &fl);
if (fl)
kill(getpid(), SIGINT);
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, &sigset) == -1)
/* получаем сигнальную маску процесса. Так как второй аргумент NULL, то первый аргумент игнорируется */
{
printf(“Ошибка при вызове sigprocmask()\n”);
return -1;
}
else if (sigismember(&sigset, SIGINT))
/*проверяем наличие сигнала SIGINT в маске*/
{
printf(“Сигнал SIGINT заблокирован! \n”);
sigemptyset(&sigset);
if (sigpending(&sigset) == -1)
/*узнаем сигналы, ожидающие доставки */
{
printf(“Ошибка при вызове sigpending()\n”);
return -1;
}
printf(“Сигнал SIGINT %s\n”, sigismember(&sigset, SIGINT) ? “ожидает доставки” : “не ожидает доставки”);
/*проверяем наличие сигнала SIGINT в маске*/
}
else printf(“Сигнал SIGINT не заблокирован. \n”);
return 0;
}
Для управления работой сигналов используется функция, аналогичная функции signal() в реализации обычных сигналов, но более мощная, позволяющая установить обработку сигнала, узнать ее текущее значение, приостановить получение сигналов:
#include <signal.h>
int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct *oact)
Аргументами данного вызова являются: номер сигнала, структура, описывающая новую реакцию на сигнал, и структура, через которую возвращается прежний метод обработки сигнала. Если процесс не интересуется прежней обработкой сигнала, он может передать в качестве последнего параметра NULL-указатель.
Структура sigaction содержит информацию, необходимую для управления сигналами. Ее полями являются :
void (*sa_handler) (int),
void (sa_sigaction) (int, siginfo_t*, void*),
sigset_t sa_mask,
int sa_flags
Здесь поле sa_handler — функция-обработчик сигнала, либо константы SIG_IGN или SIG_DFL, говорящие соответственно о том, что необходимо игнорировать сигнал или установить обработчик по умолчанию. В поле sa_mask указывается набор сигналов, которые будут добавлены к маске сигналов на время работы функции-обработчика. Сигнал, для которого устанавливается функция-обработчик, также будет заблокирован на время ее работы. При возврате из функции-обработчика маска сигналов возвращается в первоначальное состояние. В последнем поле указываются флаги, модифицирующие доставку сигнала. Одним из них может быть флаг SA_SIGINFO. Если он установлен, то при получении этого сигнала будет вызван обработчик sa_sigaction, ему помимо номера сигнала также будет передана дополнительная информация о причинах получения сигнала и указатель на контекст процесса.
Итак, «надежные» сигналы являются более мощным средством межпроцессного взаимодействия нежели обычные сигналы. В частности, здесь ликвидированы такие недостатки, как необходимость восстанавливать функцию-обработчик после получения сигнала, имеется возможность отложить получение сигнала на время выполнения критического участка программы, имеются большие возможности получения информации о причине отправления сигнала.