31. Системные средства реализации взаимодействия процессов в среде unix

1.Разделяемая память. Для работы с разделяемой памятью используются четыре системных вызова: shmget создает новый сегмент разделяемой памяти или находит существующий сегмент с тем же ключом;shmat подключает сегмент с указанным дескриптором к виртуальной памяти обращающегося процесса; shmdt отключает от виртуальной памяти ранее подключенный к ней сегмент с указанным виртуальным адресом начала; наконец, системный вызов shmctl служит для управления разнообразными параметрами, связанными с существующим сегментом

2. Семафор в ОС UNIX состоит из следующих элементов: значение семафора; идентификатор процесса, который хронологически последним работал с семафором; число процессов, ожидающих увеличения значения семафора; число процессов, ожидающих нулевого значения семафора. Двоичные семафоры (принимают только 2 значения – 0 и 1) называют мьютексами, чаще всего их применяют для разделения доступа к ресурсам.

3. Именованные и неименованные программные каналы. Основной принцип работы состоит в буферизации байтового вывода одного процесса и обеспечении возможности чтения содержимого программного канала другим процессом в режиме FIFO. Программные каналы являются видом файлов, для работы с ними также используются системные вызовыreadиwrite. Различаются два подвида программных каналов - неименованные и именованные. Неименованные каналы появились на заре ОС UNIX. Неименованный канал создается процессом-предком, наследуется процессами-потомками, и обеспечивает тем самым возможность связи в иерархии порожденных процессов. Так как эти каналы не имеют имени, им не соответствует какой-либо элемент каталога в файловой системе.

Именованный программный канал выглядит как обычный файл, но не содержащий никаких данных до тех пор, пока некоторый процесс не выполнит в него запись. После того, как некоторый другой процесс прочитает записанные в канал байты, этот файл снова становится пустым.

4. Сигналыасинхронно меняют ход выполнения задачи. Любая задача или процедура обслуживания прерываний может "выставить" (или послать) сигнал определенной задаче. Задача, получившая сигнал, немедленно изменяет ход выполнения: вызывается специальный "обработчик сигналов", связанный с данной задачей. Обработчик сигнала - это пользовательская процедура, связанная с конкретным сигналом и выполняющая некоторые действия всякий раз, когда поступает этот сигнал. Механизм сигналов лучше всего применять для обработки ошибок и исключительных ситуаций, нежели как общее средство коммуникации между задачами.

5.Очереди сообщений располагаются в адресном пространстве ядра операционной системы в виде однонаправленных списков и имеют ограничение по объему информации, хранящейся в каждой очереди. Каждый элемент списка представляет собой отдельное сообщение. Сообщения имеют атрибут, называемый типом сообщения. Выборка сообщений из очереди (выполнение примитива receive) может осуществляться тремя способами:

• В порядке FIFO, независимо от типа сообщения.

• В порядке FIFO для сообщений конкретного типа.

• Первым выбирается сообщение с минимальным типом, не превышающим некоторого заданного значения, пришедшее раньше других сообщений с тем же типом.

6. Программные гнезда (сокеты) Взаимодействие процессов на основе программных гнезд основано на модели "клиент-сервер". Процесс-сервер "слушает (listens)" свое программное гнездо, одну из конечных точек двунаправленного пути коммуникаций, а процесс-клиент пытается общаться с процессом-сервером через другое программное гнездо, являющееся второй конечной точкой коммуникационного пути и, возможно, располагающееся на другом компьютере. Ядро поддерживает внутренние соединения и маршрутизацию данных от клиента к серверу.

Выделяются два типа программных гнезд - гнезда с виртуальным соединением (в начальной терминологии stream sockets) и датаграммные гнезда (datagram sockets). При использовании программных гнезд с виртуальным соединением обеспечивается передача данных от клиента к серверу в виде непрерывного потока байтов с гарантией доставки. При этом до начала передачи данных должно быть установлено соединение, которое поддерживается до конца коммуникационной сессии. Датаграммные программные гнезда не гарантируют абсолютной надежной, последовательной доставки сообщений и отсутствия дубликатов пакетов данных - датаграмм. Но для использования датаграммного режима не требуется предварительное дорогостоящее установление соединений, и поэтому этот режим во многих случаях является предпочтительным. Система по умолчанию сама обеспечивает подходящий протокол для каждой допустимой комбинации "домен-гнездо". Например, протокол TCP используется по умолчанию для виртуальных соединений, а протокол UDP - для датаграммного способа коммуникаций.

Или

Разделяемая памятьДля работы с разделяемой памятью используются четыре системных вызова: shmget создает новый сегмент разделяемой памяти или находит существующий сегмент с тем же ключом;

shmat подключает сегмент с указанным дескриптором к виртуальной памяти обращающегося процесса; shmdt отключает от виртуальной памяти ранее подключенный к ней сегмент с указанным виртуальным адресом начала; наконец, системный вызов shmctl служит для управления разнообразными параметрами, связанными с существующим сегментом

Семафор в ОС UNIX состоит из следующих элементов: значение семафора; идентификатор процесса, который хронологически последним работал с семафором; число процессов, ожидающих увеличения значения семафора; число процессов, ожидающих нулевого значения семафора. Двоичные семафоры (принимают только 2 значения – 0 и 1) называют мьютексами, чаще всего их применяют для разделения доступа к ресурсам.

Именованные и неименованные программные каналы (pipe и fifo)

Основной принцип работы программного канала состоит в буферизации байтового вывода одного процесса и обеспечении возможности чтения содержимого программного канала другим процессом в режиме FIFO (т.е. первым будет прочитан байт, который раньше всего записан). В любом случае интерфейс программного канала совпадает с интерфейсом файла (т.е. используются те же самые системные вызовы readиwrite).

Однако различаются два подвида программных каналов - неименованные и именованные. Неименованные программные каналы появились на самой заре ОС UNIX. Неименованный программный канал создается процессом-предком, наследуется процессами-потомками, и обеспечивает тем самым возможность связи в иерархии порожденных процессов. Интерфейс неименованного программного канала совпадает с интерфейсом файла. Однако, поскольку такие каналы не имеют имени, им не соответствует какой-либо элемент каталога в файловой системе.

Именованному программному каналу обязательно соответствует элемент некоторого каталога и даже собственный i-узел. Другими словами, именованный программный канал выглядит как обычный файл, но не содержащий никаких данных до тех пор, пока некоторый процесс не выполнит в него запись. После того, как некоторый другой процесс прочитает записанные в канал байты, этот файл снова становится пустым. В отличие от неименованных программных каналов, именованные программные каналы могут использоваться для связи любых процессов (т.е. не обязательно процессов, входящих в одну иерархию родства). Интерфейс именованного программного канала практически полностью совпадает с интерфейсом обычного файла (включая системные вызовы openиclose), хотя, конечно, необходимо учитывать, что поведение канала отличается от поведения файла.

Сигналы

асинхронно меняют ход выполнения задачи. Любая задача или процедура обслуживания прерываний может "выставить" (или послать) сигнал определенной задаче. Задача, получившая сигнал, немедленно изменяет ход выполнения: вызывается специальный "обработчик сигналов", связанный с данной задачей. Обработчик сигнала - это пользовательская процедура, связанная с конкретным сигналом и выполняющая некоторые действия всякий раз, когда поступает этот сигнал. Механизм сигналов лучше всего применять для обработки ошибок и исключительных ситуаций, нежели как общее средство коммуникации между задачами.

Очереди сообщений

Очереди сообщений, как и семафоры, и разделяемая память, являются средством связи с непрямой адресацией, требуют инициализации для организации взаимодействия процессов и специальных действий для освобождения системных ресурсов по окончании взаимодействия.

Очереди сообщений располагаются в адресном пространстве ядра операционной системы в виде однонаправленных списков и имеют ограничение по объему информации, хранящейся в каждой очереди. Каждый элемент списка представляет собой отдельное сообщение. Сообщения имеют атрибут, называемый типом сообщения. Выборка сообщений из очереди (выполнение примитива receive) может осуществляться тремя способами:

1. В порядке FIFO, независимо от типа сообщения.

2. В порядке FIFO для сообщений конкретного типа.

3. Первым выбирается сообщение с минимальным типом, не превышающим некоторого заданного значения, пришедшее раньше других сообщений с тем же типом.

Программные гнезда (сокеты)

Взаимодействие процессов на основе программных гнезд основано на модели "клиент-сервер". Процесс-сервер "слушает (listens)" свое программное гнездо, одну из конечных точек двунаправленного пути коммуникаций, а процесс-клиент пытается общаться с процессом-сервером через другое программное гнездо, являющееся второй конечной точкой коммуникационного пути и, возможно, располагающееся на другом компьютере. Ядро поддерживает внутренние соединения и маршрутизацию данных от клиента к серверу.

Выделяются два типа программных гнезд - гнезда с виртуальным соединением (в начальной терминологии stream sockets) и датаграммные гнезда (datagram sockets). При использовании программных гнезд с виртуальным соединением обеспечивается передача данных от клиента к серверу в виде непрерывного потока байтов с гарантией доставки. При этом до начала передачи данных должно быть установлено соединение, которое поддерживается до конца коммуникационной сессии. Датаграммные программные гнезда не гарантируют абсолютной надежной, последовательной доставки сообщений и отсутствия дубликатов пакетов данных - датаграмм. Но для использования датаграммного режима не требуется предварительное дорогостоящее установление соединений, и поэтому этот режим во многих случаях является предпочтительным. Система по умолчанию сама обеспечивает подходящий протокол для каждой допустимой комбинации "домен-гнездо". Например, протокол TCP используется по умолчанию для виртуальных соединений, а протокол UDP - для датаграммного способа коммуникаций.