28. Методы взаимодействия процессов. Парадигма (шаблон) взаимодействия процессов: производитель – потребитель.

Реализация взаимодействия процессов может быть основана на одной из классических парадигм (шаблонов), сложившейся за десятилетия развития программирования. Процесс-производитель ( producer ) генерирует в некотором буфере информацию, которая используется процессом-потребителем ( consumer ).

При реализации данной парадигмы возможны схемы с неограниченным и ограниченным буфером, используемым для связи двух процессов.

1) Схема с неограниченным буфером (unbounded buffer) подразумевает, что на размер используемого буфера теоретически нет ограничений.

2) Схема с ограниченным буфером (bounded buffer) предполагается определенное ограничение размера буфера, например, константой BUFFER_SIZE.

При реализации следует учесть, что схема с ограниченным буфером, с точки зрения принципов надежных и безопасных вычислений, представляет опасность атаки "переполнение буфера"(buffer overrun) – ошибочного или преднамеренного превышения размера буфера. Чтобы избежать этой уязвимости, при заполнении буфера необходимо проверять его размер.

Реализация представления буфера на языке Си может иметь вид:

#define BUFFER_SIZE 1000 /* или другое конкретное значение */

typedef struct {

. . .

} item;

item buffer[BUFFER_SIZE];

int in = 0;

int out = 0;

Реализация схемы алгоритма процесса-производителя имеет вид:

item nextProduced; /* следующий генерируемый элемент */

while (1) { /* бесконечный цикл */

while (((in + 1) % BUFFER_SIZE) == out)

; /* ждать, пока буфер переполнен */

buffer[in] = nextProduced; /* генерация элемента */

in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;

}

Реализация процесса-потребителя будет иметь вид:

item nextConsumed; /* следующий используемый элемент */

while (1) { /* бесконечный цикл */

while (in == out)

; /* ждать, пока буфер пуст */

nextConsumed = buffer[out]; /* использование элемента */

out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;

}

29. Методы взаимодействия процессов. Коммуникация процессов.

Рассмотрим теперь возможные механизмы для непосредственной коммуникации процессов и синхронизации их действий.

Наиболее распространенный из них - система сообщений ; при этом процессы взаимодействуют между собой без обращений к общим переменным.

Средства коммуникации между процессами обеспечивают две операции вида:

1) send (message ) – отправка сообщения message ; размер сообщения может быть постоянным или переменным;

2) receive (message ) – получение сообщения в буфер message.

Если процессам P и Q требуется взаимодействовать между собой, им необходимо:

- Установить связь (communication link) друг с другом

- Обменяться сообщениями вида send/receive.

Реализация связи может быть физической (общая память, аппаратная шина) или логической (например, логические свойства).

При реализации коммуникационного механизма между процессами необходимо решить следующие вопросы:

1. Как устанавливается связь?

2) Можно ли установить связь более чем двух процессов?

3) Сколько связей может быть установлено между двумя заданными процессами?

4) Какова пропускная способность линии связи?

5) Является ли длина сообщения по линии связи постоянной или переменной?

6) Является ли связь ненаправленной или двунаправленной (дуплексной)?