UNIX: взаимодействие процессов - Уильям Стивенс

29-44 Теперь мы начинаем с 8-байтовых сообщений и смотрим, сколько их поместится в очередь. После определения этого ограничения мы удаляем очередь (сбрасывая все эти сообщения) и повторяем процедуру с 16-байтовыми сообщениями. Мы повторяем это до тех пор, пока не будет достигнут максимальный размер сообщения из первого пункта. Ожидается, что небольшие сообщения будут превышать ограничение по количеству сообщений в очереди, а большие — ограничение по количеству байтов.

45-54 Обычно есть системное ограничение на количество одновременно открытых идентификаторов. Оно определяется непосредственно созданием очередей до тех пор, пока не произойдет ошибка при вызове msgget.

Запустим эту программу сначала в Solaris 2.6, а затем в Digital Unix 4.0B, и результаты подтвердят приведенные в табл. 6.2 величины:

solaris % limits

maximum amount of data per message = 2048

40 8-byte messages were placed on queue, 320 bytes total

40 16-byte messages were placed on queue, 640 bytes total

40 32-byte messages were placed on queue, 1280 bytes total 

40 64-byte messages were placed on queue, 2560 bytes total

32 128-byte messages were placed on queue, 4096 bytes total

16 256-byte messages were placed on queue, 4096 bytes total

8 512-byte messages were placed on queue, 4096 bytes total

4 1024-byte messages were placed on queue, 4096 bytes total

2 2048-byte messages were placed on queue, 4096 bytes total

50 identifiers open at once

alpha % limits

maximum amount of data per message = 8192

40 8-byte messages were placed on queue, 320 bytes total

40 16-byte messages were placed on queue, 640 bytes total

40 32-byte messages were placed on queue, 1280 bytes total

40 64-byte messages were placed on queue, 2560 bytes total

40 128-byte messages were placed on queue, 5120 bytes total

40 256-byte messages were placed on queue, 10240 bytes total

32 512-byte messages were placed on queue, 16384 bytes total

16 1024-byte messages were placed on queue, 16384 bytes total

8 2048-byte messages were placed on queue, 16384 bytes total

4 4096-byte messages were placed on queue, 16384 bytes total

2 8192-byte messages were placed on queue, 16384 bytes total

63 identifiers at once

Причина, по которой в Digital Unix 4.0В получился результат 63 идентификатора, а не 64, как в табл. 6.2, заключается в том, что один идентификатор всегда используется системным демоном.

6.11.Резюме

Очереди сообщений System V аналогичны очередям сообщений Posix. При создании новых приложений следует рассмотреть возможность использования очередей сообщений Posix, но большое количество существующих программ использует очереди сообщений System V. Тем не менее переписать их для использования очередей Posix вместо очередей System V не должно быть слишком сложно. Главный недостаток очередей Posix заключается в невозможности считывания сообщений с произвольным приоритетом. Ни один из типов очередей не использует обычные дескрипторы, что делает сложным применение функций select и poll для очередей сообщений.

Упражнения

1. Почему на рис. 6.2 для сообщений, передаваемых серверу, используется тип 1?

2. Что произойдет с программой с рис. 6.2, если злоумышленник отправит на сервер множество сообщений, но не будет считывать ответы? Что в такой же ситуации произойдет с программой с рис. 6.3?

3. Переделайте реализацию очередей сообщений Posix из раздела 5.8 для использования очередей сообщений System V вместо отображения в память. 

ЧАСТЬ 3

СИНХРОНИЗАЦИЯ

ГЛАВА 7

Взаимные исключения и условные переменные

7.1. Введение

Эта глава начинается с обсуждения синхронизации — принципов синхронизации действий нескольких программных потоков или процессов. Обычно это требуется для предоставления нескольким потокам или процессам совместного доступа к данным. Взаимные исключения (mutual exclusion — mutex) и условные переменные (conditional variables) являются основными средствами синхронизации.

Взаимные исключения и условные переменные появились в стандарте Posix.1 для программных потоков, и всегда могут быть использованы для синхронизации отдельных потоков одного процесса. Стандарт Posix также разрешает использовать взаимное исключение или условную переменную и для синхронизации нескольких процессов, если это исключение или переменная хранится в области памяти, совместно используемой процессами.

ПРИМЕЧАНИЕ

Эта возможность является дополнительной согласно Posix, но обязательной в Unix 98 (см. табл. 1.3).

В этой главе мы разберем классическую схему производитель-потребитель, используя взаимные исключения и условные переменные. В примере будут использоваться программные потоки, а не процессы, поскольку предоставить потокам общий буфер данных, предполагаемый в этой задаче, легко, а вот создать буфер данных между процессами можно только с помощью одной из форм разделяемой памяти (которая будет описана только в четвертой части книги). Еще одно решение этой задачи, уже с использованием семафоров, появится в главе 10.

7.2. Взаимные исключения: установка и снятие блокировки

Взаимное исключение (mutex) является простейшей формой синхронизации. Оно используется для защиты критической области (critical region), предотвращая одновременное выполнение участка кода несколькими потоками (если взаимное исключение используется потоками) или процессами (если взаимное исключение используется несколькими процессами). Выглядит это обычно следующим образом:

блокировать_mutex(…);

критическая область

разблокировать_mutex(…);

Поскольку только один поток может заблокировать взаимное исключение в любой момент времени, это гарантирует, что только один поток будет выполнять код, относящийся к критической области.

Взаимные исключения по стандарту Posix объявлены как переменные с типом pthread_mutex_t. Если переменная-исключение выделяется статически, ее можно инициализировать константой PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER:

static pthread_mutex_t lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

При динамическом выделении памяти под взаимное исключение (например, вызовом mallос) или при помещении его в разделяемую память мы должны инициализировать эту переменную во время выполнения, вызвав функцию pthread_ mutex_init, как показано в разделе 7.7.

ПРИМЕЧАНИЕ

Вам может попасться код, в котором взаимные исключения не инициализируются, поскольку в реализации инициализирующая константа имеет значение 0, а статические переменные автоматически инициализируются этим значением. Однако такой код некорректен.

Следующие три функции используются для установки и снятия блокировки взаимного исключения:

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);

/* Все три возвращают 0 в случае успешного завершения, положительное значение Еххх – случае ошибки */

При попытке заблокировать взаимное исключение, которое уже заблокировано другим потоком, функция pthread_mutex_lock будет ожидать его разблокирования, a pthread_mutex_trylock (неблокируемая функция) вернет ошибку с кодом EBUSY.

ПРИМЕЧАНИЕ

Если несколько процессов ожидают освобождения взаимного исключения, какой из них начнет выполняться первым? Одна из возможностей, добавленных стандартом 1003.1b-1993, заключается в установке приоритета потоков. Мы не будем углубляться в эту область, отметим лишь, что разным потокам могут быть присвоены разные значения приоритета и функции синхронизации (работающие с взаимными исключениями, блокировками чтения-записи и семафорами) будут передавать управление заблокированному потоку с наивысшим значением приоритета. Раздел 5.5 книги [3] описывает возможности планирования выполнения в Posix.1 более подробно.

Хотя мы говорим о защите критической области кода программы, на самом деле речь идет о защите данных, с которыми работает эта часть кода. То есть взаимное исключение обычно используется для защиты совместно используемых несколькими потоками или процессами данных.

Взаимные исключения представляют собой блокировку коллективного пользования. Это значит, что если совместно используемые данные представляют собой, например, связный список, то все потоки, работающие с этим списком, должны блокировать взаимное исключение. Ничто не может помешать потоку работать со списком, не заблокировав взаимное исключение. Взаимные исключения предполагают добровольное сотрудничество потоков.

7.3. Схема производитель-потребитель

Одна из классических задач на синхронизацию называется задачей производителя и потребителя. Она также известна как задача ограниченного буфера. Один или несколько производителей (потоков или процессов) создают данные, которые обрабатываются одним или несколькими потребителями. Эти данные передаются между производителями и потребителями с помощью одной из форм IPC.