1.3.2. Реализация семафоров

Системные вызовы для работы с семафорами содержатся в пакете IPC (подключаемый файл описаний - <sys/ipc.h>). Эти вызовы обеспечивают синхронизацию выполнения параллельных процессов, производя набор действий только над группой семафоров (средствами низкого уровня).

UNIX поддерживает числовые семафоры (как расширение двоичных семафоров). Семафоры UNIX носят не обязательный, а уведомительный характер. Это означает, что связь между семафором и тем ресурсом (ресурсами), доступ к которому разграничивает данный семафор, является чисто логической. Если при обращении к этому ресурсу процесс не запросит доступ к нему через семафор, никто не помешает процессу получить этот доступ (при наличии соответствующих прав). Таким образом, процессы должны заранее договариваться об использовании семафоров.

Каждый семафор в системе UNIX представляет собой набор значений (вектор семафоров). Связанные с семафорами системные функции являются обобщением операций P и V семафоров Дейкстры, в них допускается одновременное выполнение нескольких операций (над семафорами, принадлежащими одному вектору, так называемые векторные операции). Ядро выполняет операции комплексно; ни один из посторонних процессов не сможет переустанавливать значения семафоров, пока все операции не будут выполнены. Если ядро по каким-либо причинам не может выполнить все операции, оно не выполняет ни одной; процесс приостанавливает свою работу до тех пор, пока эта возможность не будет предоставлена. (Подробнее о порядке операций над семафорами см. п. 2. «Системные вызовы»).

Семафор в System V состоит из следующих элементов:

•      значение семафора,

•      идентификатор последнего из процессов, работавших с семафором,

•      количество процессов, ожидающих увеличения значения семафора,

•      количество процессов, ожидающих момента, когда значение семафора станет равным 0.

Для создания набора семафоров и получения доступа к ним используется системная функция semget, для выполнения различных управляющих операций над набором - функция semctl, для работы со значениями семафоров - функция semop.

 

1.4. Общие замечания

Механизм функционирования файловой системы и механизмы взаимодействия процессов имеют ряд общих черт. Системные функции типа «get» похожи на функции creat и open, функции типа «control» (ctl) предоставляют возможность удалять дескрипторы из системы, чем похожи на функцию unlink. Тем не менее, в механизмах взаимодействия процессов отсутствуют операции, аналогичные операциям, выполняемым системной функцией close. Следовательно, ядро не располагает сведениями о том, какие процессы используют механизм IPC, и, действительно, процессы могут прибегать к услугам этого механизма, если правильно «угадывают» соответствующий идентификатор и если у них имеются необходимые права доступа, даже если они не выполнили предварительно функцию типа «get».

Выше уже говорилось, что ядро не может автоматически очищать неиспользуемые структуры механизма взаимодействия процессов, поскольку ядру неизвестно, какие из этих структур больше не нужны. Таким образом, завершившиеся вследствие возникновения ошибки процессы могут оставить после себя ненужные и неиспользуемые структуры, перегружающие и засоряющие систему. Несмотря на то, что в структурах механизма взаимодействия после завершения существования процесса ядро может сохранить информацию о состоянии и данные, лучше для этих целей использовать файлы.

Вместо традиционных, получивших широкое распространение файлов механизмы взаимодействия процессов используют новое пространство имен, состоящее из ключей (keys). Расширить семантику ключей на всю сеть довольно трудно, поскольку на разных машинах ключи могут описывать различные объекты. Короче говоря, ключи в основном предназначены для использования в одномашинных системах. Имена файлов в большей степени подходят для распределенных систем. Использование ключей вместо имен файлов также свидетельствует о том, что средства взаимодействия процессов являются «вещью в себе», полезной в специальных приложениях, но не имеющей тех возможностей, которыми обладают, например, каналы и файлы.

Большая часть функциональных возможностей, предоставляемых данными средствами, может быть реализована с помощью других системных средств, поэтому включать их в состав ядра вряд ли следовало бы. Тем не менее, их использование в составе пакетов прикладных программ тесного взаимодействия дает лучшие результаты по сравнению со стандартными файловыми средствами.