UNIX: взаимодействие процессов - Уильям Стивенс

11.6. Блокирование файлов

С помощью семафоров System V можно реализовать еще одну версию функций my_lock и my_unlock из листинга 10.10. Новый вариант приведен в листинге 11.6.

Листинг 11.6. Блокировка файлов с помощью семафоров System V

//lock/locksvsem.c

1  #include "unpipc.h"

2  #define LOCK_PATH "/tmp/svsemlock"

3  #define MAX_TRIES 10

4  int semid, initflag;

5  struct sembuf postop, waitop;

6  void

7  my_lock (int fd)

8  {

9   int oflag, i;

10  union semun arg;

11  struct semid_ds seminfo;

12  if (initflag == 0) {

13   oflag = IPC_CREAT | IPC_EXCL | SVSEM_MODE;

14   if ((semid = semget(Ftok(LOCK_PATH, 0), 1, oflag)) >= 0) {

15    /* этот процесс создал семафор первым, он же его и инициализирует */

16    arg.val = 1;

17    Semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

18   } else if (errno == EEXIST) {

19    /* семафор создан другим процессом, убедимся, что он проинициализирован */

20    semid = Semget(Ftok(LOCK_PATH, 0), 1, SVSEM_MODE);

21    arg.buf = &seminfo;

22    for (i = 0; i < MAX_TRIES; i++) {

23     Semctl(semid, 0, IPC_STAT, arg);

24     if (arg.buf->sem_otime != 0)

25      goto init;

26     sleep(1);

27    }

28    err_quit("semget OK, but semaphore not initialized");

29   } else

30    err_sys("semget error");

31 init:

32   initflag = 1;

33   postop.sem_num = 0; /* инициализируем две структуры semop()*/

34   postop.sem_op = 1;

35   postop.sem_flg = SEM_UNDO;

36   waitop.sem_num = 0;

37   waitop.sem_op = –1;

38   waitop.sem_flg = SEM_UNDO;

39  }

40  Semop(semid, &waitop, 1); /* уменьшим на 1 */

41 }

42 void

43 my_unlock(int fd)

44 {

45  Semop(semid, &postop, 1); /* увеличим на 1*/

46 }

Попытка исключающего создания

13-17 Нам нужно гарантировать, что только один процесс проинициализирует семафор, поэтому при вызове semget мы указываем флаги IPC_CREAT | IPC_EXCL. Если этот вызов оказывается успешным, процесс вызывает semctl для инициализации семафора значением 1. Если мы запустим несколько процессов одновременно и все они вызовут функцию my_lock, только один из них создаст семафор (предполагается, что он еще не существует) и проинициализирует его.

Семафор уже существует, мы его открываем

18-20 Если первый вызов semget возвращает ошибку EEXIST, процесс вызывает semget еще раз, но уже без флагов IPC_CREAT и IPC_EXCL.

Ожидание инициализации семафора

21-28 В этой программе возникает такая же ситуация гонок, как и обсуждавшаяся в разделе 11.2, когда мы говорили об инициализации семафоров System V вообще. Для исключения такой ситуации все процессы, которые обнаруживают, что семафор уже создан, вызывают semctl с командой IPC_STAT, проверяя значение sem_otime данного семафора. Когда это значение становится ненулевым, мы можем быть уверены, что создавший семафор процесс проинициализировал его и вызвал semop (этот вызов находится в конце функции) успешно. Если значение этого поля оказывается нулевым (что должно происходить крайне редко), мы приостанавливаем выполнение процесса на одну секунду вызовом sleep, а затем повторяем попытку. Число попыток мы ограничиваем, чтобы процесс не «заснул» навсегда.

Инициализация структур sembuf

33-38 Как отмечалось ранее, конкретный порядок полей структуры sembuf зависит от реализации, поэтому статически инициализировать ее нельзя. Вместо этого мы выделяем место под две такие структуры и присваиваем значения их полям во время выполнения программы, когда процесс вызывает my_lock в первый раз. При этом мы указываем флаг SEM_UNDO, чтобы ядро сняло блокировку, если процесс завершит свою работу, не сняв ее самостоятельно (см. упражнение 10.3).

Создание семафора при первой необходимости реализовать довольно просто (все процессы пытаются создать семафор, игнорируя ошибку, если он уже существует), но удаление семафора после завершения работы всех процессов организовать гораздо сложнее. В случае демона печати, использующего файл с последовательным номером для упорядочения заданий печати, удалять семафор нет необходимости. Но в других приложениях может возникнуть необходимость удалить семафор при удалении соответствующего файла. В этом случае лучше пользоваться блокировкой записи, чем семафором.

11.7. Ограничения семафоров System V

На семафоры System V накладываются определенные системные ограничения, так же, как и на очереди сообщений. Большинство этих ограничений были связаны с особенностями реализации System V (раздел 3.8). Они показаны в табл. 11.1. Первая колонка содержит традиционное для System V имя переменной ядра, в которой хранится соответствующее oгрaничeниe.

Таблица 11.1. Типичные значения ограничений для семафоров System V

Имя Описание DUnix 4.0B Solaris 2.6 semmni Максимальное количество наборов семафоров в системе 16 10 semmsl Максимальное количество семафоров в наборе 25 25 semmns Максимальное количество семафоров в системе 400 60 semopm Максимальное количество операций за один вызов semop 10 10 semmnu Максимальное количество структур undo в системе 30 semume Максимальное количество записей в структуре undo 10 10 semvmx Максимальное значение семафора 32767 32767 semaem Максимальное значение корректировки при выходе 16384 16384

В Digital Unix 4.0B никакого ограничения на semmnu не существует.

Пример

Программа в листинге 11.7 позволяет определить ограничения, приведенные в табл. 11.1.

Листинг 11.7. Определение системных ограничений на семафоры System V

//svsem/limits.c

1   #include "unpipc.h"

2   /* максимальные величины, выше которых ограничение не проверяется */

3   #define MAX_NIDS 4096 /* максимальное количество идентификаторов семафоров */

4   #define MAX_VALUE 1024*1024 /* максимальное значение семафора */

5   #define MAX_MEMBERS 4096 /* максимальное количество семафоров в наборе */

6   #define MAX_NOPS 4096 /* максимальное количество операций за вызов semop */

7   #define MAX_NPROC Sysconf(_SC_CHILD_MAX)

8   int

9   main(int argc, char **argv)

10  {

11   int i, j, semid, sid[MAX_NIDS], pipefd[2];

12   int semmni, semvmx, semmsl, semmns, semopn, semaem, semume, semmnu;

13   pid_t *child;

14   union semun arg;

15   struct sembuf ops[MAX_NOPS];

16   /* сколько наборов с одним элементом можно создать? */

17   for (i = 0; i <= MAX_NIDS; i++) {

18    sid[i] = semget(IPC_PRIVATE, 1, SVSEM_MODE | IPC_CREAT);

19    if (sid[i] == –1) {

20     semmni = i;

21     printf("%d identifiers open at oncen", semmni);

22     break;

23    }

24   }

25   /* перед удалением находим максимальное значение, используя sid[0] */

26   for (j = 7; j < MAX_VALUE; j += 8) {

27    arg.val = j;

28    if (semctl(sid[0], 0, SETVAL, arg) == –1) {

29     semvmx = j – 8;

30     printf("max semaphore value = %dn", semvmx);

31     break;

32    }

33   }

34   for (j = 0; j < i; j++)

35    Semctl(sid[j], 0, IPC_RMID);

36   /* определяем максимальное количество семафоров в наборе */

37   for (i = 1; i <= MAX_MEMBERS; i++) {

38    semid = semget(IPC_PRIVATE, i, SVSEM_MODE | IPC_CREAT);

39    if (semid == –1) {

40     semmsl = i-1;

41     printf("max of %d members per setn", semmsl);

42     break;

43    }

44    Semctl(semid, 0, IPC_RMID);

45   }

46   /* сколько всего семафоров можно создать? */

47   semmns = 0;

48   for (i = 0; i < semmni; i++) {

49    sid[i] = semget(IPC_PRIVATE, semmsl, SVSEM_MODE | IPC_CREAT);

50    if (sid[i] == –1) {