UNIX: взаимодействие процессов - Уильям Стивенс

ПРИМЕЧАНИЕ

В этом разделе мы описываем характерную для SVR4 реализацию. Стандарт Unix 98 не исключает использование других вариантов.

В счетчике возникает потребность по двум причинам. Во-первых, вспомним о дескрипторах файлов, хранящихся в ядре для каждого из открытых файлов. Они обычно представляют собой небольшие целые числа, имеющие значение только внутри одного процесса — для каждого процесса создаются собственные дескрипторы. Прочитать из файла с дескриптором 4 можно только в том процессе, в котором есть открытый файл с таким дескриптором. Есть ли открытые файлы с тем же дескриптором в других процессах — значения не имеет. В отличие от дескрипторов файлов идентификаторы System V IPC устанавливаются для всей системы, а не для процесса.

Идентификатор IPC возвращается одной из функций getXXX: msgget, semget, shmget. Как и дескрипторы файлов, идентификаторы представляют собой целые числа, имеющие в отличие от дескрипторов одинаковое значение для всех процессов. Если два неродственных процесса (клиент и сервер) используют одну очередь сообщений, ее идентификатор, возвращаемый функцией msgget, должен иметь одно и то же целочисленное значение в обоих процессах, чтобы они получили доступ к одной и той же очереди. Такая особенность дает возможность какому-либо процессу, созданному злоумышленником, попытаться прочесть сообщение из очереди, созданной другим приложением, последовательно перебирая различные идентификаторы (если бы они представляли собой небольшие целые числа) и надеясь на существование открытой в текущий момент очереди, доступной для чтения всем. Если бы идентификаторы представляли собой небольшие целые числа (как дескрипторы файлов), вероятность найти правильный идентификатор составляла бы около 1/50 (предполагая ограничение в 50 дескрипторов на процесс).

Для исключения такой возможности разработчики средств IPC решили расширить возможный диапазон значений идентификатора так, чтобы он включал вообще все целые числа, а не только небольшие. Расширение диапазона обеспечивается путем увеличения значения идентификатора, возвращаемого вызывающему процессу, на количество записей в системной таблице IPC каждый раз, когда происходит повторное использование одной из них. Например, если система настроена на использование не более 50 очередей сообщений, при первом использовании первой записи процессу будет возвращен идентификатор 0. После удаления этой очереди сообщений при попытке повторного использования первой записи в таблице процессу будет возвращен идентификатор 50. Далее он будет принимать значения 100, 150 и т. д. Поскольку seq обычно определяется как длинное целое без знака (ulong — см. структуру ipc_perm в разделе 3.3), возврат к уже использовавшимся идентификаторам происходит, когда запись в таблице будет использована 85899346 раз (2³²/50 в предположении, что целое является 32-разрядным).

Второй причиной, по которой понадобилось ввести последовательный номер канала, является необходимость исключить повторное использование идентификаторов System V IPC через небольшой срок. Это помогает гарантировать то, что досрочно завершивший работу и впоследствии перезапущенный сервер не станет использовать тот же идентификатор.

Иллюстрируя эту особенность, программа в листинге 3.2 выводит первые десять значений идентификаторов, возвращаемых msgget.

//svmsg/slot.c

1  #include <unpipc.h>

2  int

3  main(int argc, char **argv)

4  {

5   int i, msqid;

6   for (i=0;i<10;i++) {

7    msqid=Msgget(IPC_PRIVATE, SVMSG_MODE|IPC_CREAT);

8    printf("msqid = %dn", msqid);

9    Msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL);

10  }

11  exit(0);

12 }

При очередном прохождении цикла msgget создает очередь сообщений, a msgctl с командой IPC_RMID в качестве аргумента удаляет ее. Константа SVMSG_MODE определяется в нашем заголовочном файле unpipc.h (листинг В.1) и задает разрешения по умолчанию для очереди сообщений System V. Вывод программы будет иметь следующий вид:

solaris %slot

msqid = 0

msqid = 50

msqid = 100

msqid = 150

msqid = 200

msqid = 250

msqid = 300

msqid = 350

msqid = 400

msqid = 450

При повторном запуске программы мы увидим наглядную иллюстрацию того, что последовательный номер канала — это переменная, хранящаяся в ядре и продолжающая существовать и после завершения процесса.

solaris % slot

msqid = 500

msqid = 550

msqid = 600

msqid = 650

msqid = 700

msqid = 750

msqid = 800

msqid = 850

msqid = 900

msqid = 950

3.7. Программы ipcs и ipcrm

Поскольку объектам System V IPC не сопоставляются имена в файловой системе, мы не можем просмотреть их список или удалить их, используя стандартные программы ls и rm. Вместо них в системах, поддерживающих эти типы IPC, предоставляются две специальные программы: ipcs, выводящая различную информацию о свойствах System V IPC, и ipcrm, удаляющая очередь сообщений System V, семафор или сегмент разделяемой памяти. Первая из этих функций поддерживает около десятка параметров командной строки, управляющих отображением информации о различных типах IPC. Второй (ipcrm) можно задать до шести параметров. Подробную информацию о них можно получить в справочной системе.

ПРИМЕЧАНИЕ

Поскольку System V IPC не стандартизуется Posix, эти команды не входят в Posix.2. Они описаны в стандарте Unix 98.

3.8. Ограничения ядра

Большинству реализаций System V IPC свойственно наличие внутренних ограничений, налагаемых ядром. Это, например, максимальное количество очередей сообщений или ограничение на максимальное количество семафоров в наборе. Характерные значения этих ограничений приведены в табл. 6.2, 11.1 и 14.1. Большая часть ограничений унаследована от исходной реализации System V. 

ПРИМЕЧАНИЕ

Раздел 11.2 книги [1] и глава 8 [6] описывают реализацию очередей сообщений, семафоров и разделяемой памяти в System V. Некоторые из этих ограничений описаны уже там.

К сожалению, некоторые из накладываемых ограничений достаточно жестки, поскольку они унаследованы от исходной реализации, базировавшейся на системе с небольшим адресным пространством (16-разрядный PDP-11). К счастью, большинство систем позволяют администратору изменять некоторые из установленных по умолчанию ограничений, но необходимые для этого действия специфичны для каждой версии Unix. В большинстве случаев после внесения изменений требуется перезагрузка ядра. К сожалению, в некоторых реализациях для хранения некоторых параметров до сих пор используются 16-разрядные целые, а это уже устанавливает аппаратные ограничения.

В Solaris 2.6, например, таких ограничений 20. Их текущие значения можно вывести на экран, используя команду sysdef. Учтите, что вместо реальных значений будут выведены нули, если соответствующий модуль ядра не загружен (то есть средство не было ранее использовано). Это можно исключить, добавив к файлу /etc/system любой из нижеследующих операторов. Файл /etc/system считывается в процессе перезагрузки системы:

set msgsys:msginfo_msgseg = значение

set msgsys:msginfo_msgssz = значение

set msgsys:msginfo_msgtql = значение

set msgsys:msginfo_msgmap = значение

set msgsys:msginfo_msgmax = значение

set msgsys:msginfo_msgmnb = значение

set msgsys:msginfo_msgmni = значение

set semsys:seminfo_semopm = значение

set semsys:seminfo_semume = значение

set semsys:seminfo_semaem = значение

set semsys:seminfo_semmap = значение

set semsys:seminfo_semvmx = значение

set semsys:seminfo_semmsl = значение

set semsys:seminfo_semmni = значение

set semsys:seminfo_semmns = значение

set semsys:seminfo_semmnu = значение

set shmsys:shminfo_shmmin = значение

set shmsys:shminfo_shmseg = значение

set shmsys:shminfo_shmmax = значение

set shmsys:shminfo_shmmni = значение

Последние шесть символов имени слева от знака равенства представляют собой переменные, перечисленные в табл. 6.2, 11.1 и 14.1.

В Digital Unix 4.0B программа sysconfig позволяет узнать или изменить множество параметров и ограничений ядра. Ниже приведен вывод этой команды, запущенной с параметром –q. Команда выводит текущие ограничения для подсистемы ipc. Некоторые строки в выводе, не имеющие отношения к средствам IPC System V, были опущены:

alpha % /sbin/sysconfig –q ipc

ipc:

msg-max = 8192

msg-mnb = 16384

msg-mni = 64

msg-tql = 40

shm-max = 4194304

shm-min = 1

shm-mni = 128

shm-seg = 32

sem-mni = 16