UNIX: взаимодействие процессов - Уильям Стивенс

4.7. Некоторые свойства именованных и неименованных каналов

Некоторые свойства именованных и неименованных каналов, относящиеся к их открытию, а также чтению и записи данных, заслуживают более пристального внимания. Прежде всего можно сделать дескриптор неблокируемым двумя способами. 

1. При вызове open указать флаг O_NONBLOCK. Например, первый вызов open в листинге 4.9 мог бы выглядеть так:

writefd = Open(FIFO1, O_WRONLY | O_NONBLOCK, 0);

2. Если дескриптор уже открыт, можно использовать fcntl для включения флага O_NONBLOCK. Этот прием нужно применять для программных каналов, поскольку для них не вызывается функция open и нет возможности указать флаг O_NONBLOCK при ее вызове. Используя fcntl, мы сначала получаем текущий статус файла с помощью F_GETFL, затем добавляем к нему с помощью побитового логического сложения (OR) флаг O_NONBLOCK и записываем новый статус с помощью команды F_SETFL:

int flags;

if ((flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0) err_sys("F_GETFL error");

flags |= O_NONBLOCK;

if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0) err_sys("F_SETFL error");

Будьте аккуратны с программами, которые просто устанавливают требуемый флаг, поскольку при этом сбрасываются все прочие флаги состояния:

/* Неправильное отключение блокировки */

if (fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK) < 0) err_sys("F_SETFL error");

Таблица 4.1 иллюстрирует действие флага, отключающего блокировку, при открытии очереди и при чтении данных из пустого программного канала или канала FIFO.

Таблица 4.1. Действие флага O_NONBLOCK на именованные и неименованные каналы 

Операция Наличие открытых каналов Блокировка включена (по умолчанию) Флаг O_NONBLOCK установлен Открытие (open) FIFO только для чтения FIFO открыт на запись Возвращается код успешного завершения операции Возвращается код успешного завершения операции Открытие (open) FIFO только для чтения FIFO не открыт на запись Процесс блокируется, пока FIFO не будет открыт на запись Возвращается код успешного завершения операции Открытие (open) FIFO только для записи FIFO открыт на чтение Возвращает код успешного завершения операции Возвращает код успешного завершения операции Открытие (open) FIFO только для записи FIFO не открыт на чтение Блокируется до тех пор, пока FIFO не будет открыт на чтение Возвращает ошибку с кодом ENXIO Чтение (read) из пустого программного канала или FIFO Программный канал или FIFO открыт на запись Блокируется до тех пор, пока в программный канал или FIFO не будут помещены данные или они не будут закрыты всеми процессами, которыми они были открыты на запись Возвращает ошибку с кодом EAGAIN Чтение (read) из пустого программного канала или FIFO Программный канал или FIFO не открыт на запись read возвращает 0 (конец файла) read возвращает 0 (конец файла) Запись (write) в программный канал или FIFO Программный канал или FIFO открыт на чтение (См. в тексте) (См. в тексте) Запись (write) в программный канал или FIFO Программный канал или FIFO не открыт на чтение Программному потоку посылается сигнал SIGPIPE Программному потоку посылается сигнал SIGPIPE 

Запомните несколько дополнительных правил, действующих при чтении и записи данных в программные каналы и FIFO.

■ При попытке считать больше данных, чем в данный момент содержится в программном канале или FIFO, возвращается только имеющийся объем данных. Нужно предусмотреть обработку ситуации, в которой функция read возвращает меньше данных, чем было запрошено.

■ Если количество байтов, направленных на запись функции write, не превышает значения PIPE_BUF (ограничение, устанавливаемое стандартом Posix, о котором более подробно рассказывается в разделе 4.11), то ядро гарантирует атомарность операции записи. Это означает, что если два процесса запишут данные в программный канал или FIFO приблизительно одновременно, то в буфер будут помещены сначала все данные от первого процесса, а затем от второго, либо наоборот. Данные от двух процессов при этом не будут смешиваться. Однако если количество байтов превышает значение PIPEBUF, атомарность операции записи не гарантируется.

ПРИМЕЧАНИЕ

Posix.1 требует, чтобы значение PIPE_BUF равнялось по меньшей мере 512. Характерные значения, встречающиеся на практике, лежат в диапазоне от 1024 (BSD/OS 3.1) до 5120 байт (Solaris 2.6). В разделе 4.11 приведен текст программы, выводящей значение этой константы.

■ Установка флага O_NONBLOCK не влияет на атомарность операции записи в про-грaммный канал или FIFO — она определяется исключительно объемом посылаемых данных в сравнении с величиной PIPE_BUF. Однако если для прогрaммнoгo канала или FIFO отключена блокировка, возвращаемое функцией write значение зависит от количества байтов, отправленных на запись, и наличия свободного места в пpoгрaммнoм канале или FIFO. Если количество байтов не превышает величины PIPE_BUF, то:

 □ Если в канале достаточно места для записи требуемого количества данных, они будут переданы все сразу.

 □ Если места в пpoгрaммнoм канале или FIFO недостаточно для записи требуемого объема данных, происходит немедленное завершение работы функции с возвратом ошибки EAGAIN. Поскольку установлен флаг O_NONBLOCK, процесс не может быть заблокирован, но в то же время ядро не может принять лишь часть данных, так как при этом невозможно гарантировать атомарность операции записи. Поэтому ядро возвращает ошибку, сообщающую процессу о необходимости попытаться произвести запись еще раз.

■ Если количество байтов превышает значение PIPE_BUF, то:

 □ Если в программном канале или FIFO есть место хотя бы для одного байта, ядро передает в буфер ровно столько данных, сколько туда может поместиться, и это переданное количество возвращается функцией write.

 □ Если в программном канале или FIFO свободное место отсутствует, происходит немедленное завершение работы с возвратом ошибки EAGAIN.

■ При записи в программный канал или FIFO, не открытый для чтения, ядро посылает сигнал SIGPIPE:

 □ Если процесс не принимает (catch) и не игнорирует SIGPIPE, выполняется действие по умолчанию — завершение работы процесса.

 □ Если процесс игнорирует сигнал SIGPIPE или перехватывает его и возвращается из подпрограммы его обработки, write возвращает ошибку с кодом EPIPE.

ПРИМЕЧАНИЕ

SIGPIPE считается синхронным сигналом, что означает, что он привязан к конкретному программному потоку, а именно тому, который вызвал функцию write. Простейшим способом обработки сигнала является его игнорирование (установка SIG_IGN) и предоставление функции write возможности вернуть ошибку с кодом EPIPE. В приложении всегда должна быть предусмотрена обработка ошибок, возвращаемых функцией write, а вот определить, что процесс был завершен сигналом SIGPIPE, сложнее. Если сигнал не перехватывается, придется посмотреть на статус завершения работы процесса (termination status) из интерпретатора команд, чтобы узнать, что процесс был принудительно завершен сигналом и каким именно сигналом. В разделе 5.13 [24] о сигнале SIGPIPE рассказывается более подробно.

4.8. Один сервер, несколько клиентов

Преимущества канала FIFO проявляются более явно в том случае, когда сервер представляет собой некоторый длительно функционирующий процесс (например, демон, наподобие описанного в главе 12 [24]), не являющийся родственным клиенту. Демон создает именованный канал с вполне определенным известным именем, открывает его на чтение, а запускаемые впоследствии клиенты открывают его на запись и отправляют демону команды и необходимые данные. Односторонняя связь в этом направлении (от клиента к серверу) легко реализуется с помощью FIFO, однако необходимость отправки данных в обратную сторону (от сервера к клиенту) усложняет задачу. Рисунок 4.12 иллюстрирует прием, применяемый в этом случае. 

Рис. 4.12. Один сервер, несколько клиентов

Сервер создает канал с известным полным именем, в данном случае /tmp/fifо.serv. Из этого канала он считывает запросы клиентов. Каждый клиент при запуске создает свой собственный канал, полное имя которого определяется его идентификатором процесса. Клиент отправляет свой запрос в канал сервера с известным именем, причем запрос этот содержит идентификатор процесса клиента и имя файла, отправку которого клиент запрашивает у сервера. В листинге 4.10 приведен текст программы сервера.