UNIX: взаимодействие процессов

Рис. 12.2. Копирование файла через разделяемую память

Этот сценарий иллюстрирует рис. 12.2.

Из этого рисунка видно, что копирование данных происходит всего лишь дважды: из входного файла в разделяемую память и из разделяемой памяти в выходной файл. Мы нарисовали два прямоугольника штриховыми линиями; они подчеркивают, что разделяемая память принадлежит как адресному пространству клиента, так и адресному пространству сервера.

Концепции, связанные с использованием разделяемой памяти через интерфейсы Posix и System V, похожи. Первый интерфейс описан в главе 13, а второй — в главе 14.

В этой главе мы возвращаемся к примеру с увеличением последовательного номера, который впервые появился в главе 9. Теперь мы будем хранить последовательный номер в сегменте разделяемой памяти, а не в файле.

Сначала мы подчеркнем, что память разделяется между родительским и дочерним процессами при вызове fork. В пpoгрaммe из листинга 12.1 [1] родительский и дочерний процессы по очереди увеличивают глобальный целочисленный счетчик count.

1

Все исходные тексты, опубликованные в этой книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com/download.

Листинг 12.1. Увеличение глобального счетчика родительским и дочерним процессами

//shm/incr1.c
1 #include "unpipc.h"
2 #define SEM_NAME "mysem"
3 int count = 0;

4 int
5 main(int argc, char **argv)
6 {
7 int i, nloop;
8 sem_t *mutex;
9 if (argc != 2)
10 err_quit("usage: incr1 <#loops>");
11 nloop = atoi(argv[1]);
12 /* создание, инициализация и удаление семафора */
13 mutex = Sem_open(Px_ipc_name(SEM_NAME), O_CREAT | O_EXCL, FILE_MODE, 1);
14 Sem_unlink(Px_ipc_name(SEM_NAME));
15 setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */
16 if (Fork == 0) { /* дочерний процесс */
17 for (i = 0; i < nloop; i++) {
18 Sem_wait(mutex);
19 printf("child: %d\n", count++);
20 Sem_post(mutex);
21 }
22 exit(0);
23 }
24 /* родительский процесс */
25 for (i = 0; i < nloop; i++) {
26 Sem_wait(mutex);
27 printf("parent: %d\r\", count++);
28 Sem_post(mutex);
29 }
30 exit(0);
31 }

Создание и инициализация семафора

12-14 Мы создаем и инициализируем семафор, защищающий переменную, которую мы считаем глобальной (count). Поскольку предположение о ее глобальности ложно, этот семафор на самом деле не нужен. Обратите внимание, что мы удаляем семафор из системы вызовом sem_unlink, но хотя файл с соответствующим полным именем при этом и удаляется, на открытый в данный момент семафор эта команда не действует. Этот вызов мы делаем для того, чтобы файл был удален даже при досрочном завершении программы.

Отключение буферизации стандартного потока вывода и вызов fork

15 Мы отключаем буферизацию стандартного потока вывода, поскольку запись в него будет производиться и родительским, и дочерним процессами. Это предотвращает смешивание вывода из двух процессов.

16-29 Родительский и дочерний процессы увеличивают глобальный счетчик в цикле заданное число раз, выполняя операции только при установленном семафоре.

Если мы запустим эту программу на выполнение и посмотрим на результат, обращая внимание только на те строки, где система переключается между родительским и дочерним процессами, мы увидим вот что:

child: 0 дочерний процесс запущен первым,count=О
child; 1
…
child; 678
child: 679
parent: 0 дочерний процесс приостановлен, запускается родительский
 процесс и отсчет начинается с О
parent: 1
…
parent: 1220
parent: 1221
child: 680 родительский процесс приостанавливается, начинает
 выполняться дочерний процесс
child: 681
…
child: 2078
child: 2079
parent: 1222 дочерний процесс приостанавливается, начинает выполняться
 родительский процесс
parent: 1223 и т. д.

Как видно, каждый из процессов использует собственную копию глобального счетчика count. Каждый начинает со значения 0 и при прохождении цикла увеличивает значение своей копии счетчика. На рис. 12.3 изображен родительский процесс перед вызовом fork.

Рис. 12.3. Родительский процесс перед вызовом fork

При вызове fork дочерний процесс запускается с собственной копией данных родительского процесса. На рис. 12.4 изображены оба процесса после возвращения из fork.

Рис. 12.4. Родительский и дочерний процессы после возвращения из fork

Мы видим, что родительский и дочерний процессы используют отдельные копии счетчика count.

12.2. Функции mmap, munmap и msync

Функция mmap отображает в адресное пространство процесса файл или объект разделяемой памяти Posix. Мы используем эту функцию в следующих ситуациях:

1. С обычными файлами для обеспечения ввода-вывода через отображение в память (раздел 12.3).