104

• именованные каналы, в которых задействована файловая система ОС, обеспе-

чивает синхронизацию всех процессов, даже еще не запущенных в системе. Недостатки такой синхронизации:

•неформатированный обмен данными, что требует выделения переданного сообщения на каждой взаимодействующей стороне;

•необходима дополнительная синхронизация, даже при реализации схемы один-ко-многим.

Принципиальное для многих задач решение синхронизации связано с моделью потоков (нитей, threads), которые обеспечивают прикладной программе общее адресное пространство как для кода, так и для данных. Сама синхронизация возлагается на алгоритм программы, но, в отличие от неименованных каналов, не требует организации средств передачи сообщений, а также специального форматирования передаваемых данных.

Существенный недостаток использования каналов - невозможность взаимодействия произвольных процессов ОС.

Замечание

Ядро ОС Linux организует модель потоков в виде отдельных процессов, которые разделяют общие сегменты кода и данных, но имеют разные сегменты стека.

Общим недостатком всех базовых средств взаимодействия процессов является отсутствие полных гарантий на заданную последовательность выполняемых операций в системе.

Причина состоит в том, что все указанные средства синхронизации реализуются ядром ОС на фоне действий планировщика процессов. Как следствие, невозможно определить какой из процессов первым захватит нужный многим процессам ресурс или изменит какие-либо данные.

Устранение этих общих недостатков обеспечивается дополнительными средствами синхронизации, которые будут рассмотрены в последующих темах данной дисциплины.

3.3 Стандарты POSIX

Мы знаем, что процессы являются основными функциональными элементами операционных систем (ОС). В стандарте POSIX-2001, формальное определение процесса дается, через определение его атрибутов.

Данный подраздел содержит краткое описание атрибутов процессов, среди которых имеются еще не рассмотренные нами.

Общий список таких атрибутов приведен в таблице 3.1. Следует хорошо заучить эти определения, поскольку далее, мы будем использовать их по-умолчанию.

группы процессов ледний процесс (по причине завершения или смены группы).

107

3.4 Системные вызовы ОС по управлению процессами

Управление процессами имеет достаточно развитый набор системных средств для управления ими. Мы рассмотрим только наиболее важные из них, которые к тому же соответствуют стандартам POSIX. В таблице 3.2 приведен перечень таких системных вызовов, которые разделены на три группы управления:

•атрибутами процессов;

•порождения и завершения процессов;

•потоки и сигналы процессов.

Таблица 3.2 — Перечень системных вызовов ОС по управлению процессами

Функции управления атрибутами процессов

getpid Возвращает идентификатор ID текущего процесса.

getppid Возвращает идентификатор ID родительского процесса.

getpgrp Возвращает идентификатор ID группы процессов, к которой принадлежит текущий процесс.

Функции потоков и сигналов процессов

pthread_* Набор системных вызовов для организации и управления потоками.

108

В данном подразделе будут рассмотрены системные вызовы, относящиеся к первой группе: управление атрибутами процессов.

Как было изучено ранее, каждый процесс ОС имеет свой уникальный целочисленный идентификатор ID (PID).

Такие же идентификаторы имеются и у групп процессов — GID.

Чтобы из программы, написанной на языке С, определить нужные идентификаторы атрибутов процессов, предусмотрены три системные функции getpid(...), getppid(...), getpgrp(...), синтаксис которых имеет вид:

#include <sys/types>

#include <unistd.h>

pid_t getpid (void); pid_t getppid (void); pid_t getpgrp (void); pid_t getsid (pid_t pid);

где pid — идентификатор процесса, для которого определяется идентификатор сессии; если значение pid = 0, то подразумевается pid текущего процесса.

Семантика этих функций следующая:

•getpid(...) - возвращает PID текущего процесса;

•getppid(...) - возвращает PID родительского процесса;

•getpgrp(...) - возвращает GID текущего процесса;

•getsid(...) - возвращает идентификатор сессии (SID) для процесса, заданного идентификатором PID.

По стандарту POSIX, первые три функции всегда завершаются успешно, поэтому ошибочных кодов возврата не предусмотренно.

Функция getsid(...), в случае ошибки, возвращает значение -1, а значение переменной errno будет содержать:

•EPERM - процесс с номером pid существует, но он не находится в той же сессии, что и текущий процесс, в результате - это считается ошибкой;

•ESRCH - не найден процесс с указанным номером pid.

Последние два системных вызова предназначены для установки идентификаторов групп. Общий синтаксис, соответствующих им функций, следующий:

#include <unistd.h>

int setpgid (pid_t pid, pid_t pgid); pid_t setsid (void);

где pid — идентификатор процесса, которому устанавливается идентификатор группы; если значение pid = 0, то подразумевается pid текущего процесса;

pgid — идентификатор устанавливаемой группы; если значение pgid = 0, то подразумевается pid текущего процесса.

109

Системный вызов setpgid(...) предназначен для установки идентификатора группы процессов, например, в целях управления заданиями. Его выполнение влечет либо присоединение к существующей группе процессов, либо создание новой группы в рамках сеанса, в которую входит вызывающий процесс.

При удачном выполнении setpgid(...) возвращает значение равное нулю. При ошибке возвращается -1, а переменной errno присваивается номер ошибки:

•EINVAL - pgid меньше нуля;

•EPERM - нарушение различных разрешений;

•ESRCH - pid не является текущим процессом или подпроцессом текущего процесса.

Замечание

Процесс может установить идентификатор группы только для себя или порожденного процесса. Нельзя изменить идентификатор группы процессов лидера сеанса.

Системный вызов setsid(...) служит для создания нового сеанса и установки идентификатора группы текущему процессу.

Врезультате, вызывающий процесс становится:

•ведущим процессом в группе;

•ведущим процессом нового сеанса;

•и не имеет контролирующего терминала.

Функция возвращает идентификатор сеанса вызывающего процесса. При ошибке возвращается -1, а переменной errno присваивается номер ошибки EPERM.

Замечание

Идентификаторы группы процессов и сеанса равными идентификатору вызывающего (текущего) процесса. Вызывающий процесс будет единственным в этой группе и сеансе.

Для демострации функциональных возможностей изученных системных вызовов, рассмотрим два примера.

Пример 1:

•выводит на терминал идентификаторы, связанные с текущим процессом;

•для текущего процесса проверяется и выводится на терминал сообщение о его лидерстве в группе;

•если текущий процесс не является лидером, то он делается лидером новой сессии.

Программа, реализующая данный пример, представлена на листинге 3.1.

Листинг 3.1 — Реализация программы Примера 1

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>

111

Пример 2:

•создает дочерний процесс посредством вызова fork(…) и, в случае ошибки, - завершает работу;

•родительский процесс: ожидает завершения дочернего процесса, а затем, с помощью вызова execvp(…), меняет тело на программу Примера 1;

•дочерний процесс сразу, с помощью вызова execvp(…), меняет тело на программу Примера 1;

Исходный текст, реализующий данный пример, представлен на листинге 3.2.

Листинг 3.2 — Реализация программы Примера 2

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[]) { puts("Проект lab9.2 ..."); int ret, fid, pret;

fid = fork(); if (fid < 0) {

perror("Не могу сделать fork():"); exit(EXIT_FAILURE);

}

if (fid > 0){ wait(NULL);

puts("Родительский процесс ...");

if (execvp("lab9.1", &argv[0]) < 0){

perror("Родительский процесс: не могу запустить execvp():");

}

puts("Завершение родительской части проекта lab9.2 ..."); exit(EXIT_SUCCESS);

}

puts("Дочерний процесс ...");

if (execvp("lab9.1", &argv[0]) < 0){

perror("Дочерний процесс: не могу запустить execvp():");

}

puts("Завершение дочерней части проекта lab9.2 ..."); exit(EXIT_SUCCESS);

}

На рисунке 3.2 показан вывод этой программы, из которого видно, что:

•запускается дочерний процесс, который определяет, что он не является ни лидером группы и ни лидером сессии;

•дочерний процесс создает новую сессию посредством обращения к системному вызову setsid();

•дочерний процесс проверяет свои атрибуты и устанавливает, что он является как лидером группы, так и лидером собственной сессии;

•дочерний процесс завершает свою работу;

•просыпается родительский процесс;

•родительский процесс проверяет свои атрибуты и устанавливает, что он яв-