UNIX: взаимодействие процессов

ПРИМЕЧАНИЕ

Детали реализации mmap и связь этого вызова с механизмами реализации виртуальной памяти описаны в [14] для 4.4BSD и [6] для SVR4. 

12.3. Увеличение счетчика в отображаемом в память файле

Изменим программу в листинге 12.1 (которая не работала) таким образом, чтобы родительский и дочерний процессы совместно использовали область памяти, в которой хранится счетчик. Для этого используем отображение файла в память вызовами open и mmap. В листинге 12.2 приведен текст новой программы.

Листинг 12.2. Родительский и дочерний процессы увеличивают значение счетчика в разделяемой памяти

//shm/incr2.c
1 #include "unpipc.h"
2 #define SEM_NAME "mysem"

3 int
4 main(int argc, char **argv)
5 {
6 int fd, i, nloop, zero = 0;
7 int *ptr;
8 sem_t *mutex;
9 if (argc != 3)
10 err_quit("usage: incr2 <pathname> <#loops>");
11 nloop = atoi(argv[2]);
12 /* открываем файл, инициализируем нулем и отображаем в память */
13 fd = Open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE);
14 Write(fd, &zero, sizeof(int));
15 ptr = Mmap(NULL, sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
16 Close(fd);
17 /* создаем, инициализируем и отключаем семафор */
18 mutex = Sem_open(Px_ipc_name(SEM_NAME), O_CREAT | O_EXCL, FILE_MODE, 1);
19 Sem_unlink(Px_ipc_name(SEM_NAME));
20 setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */
21 if (Fork == 0) { /* дочерний процесс */
22 for (i = 0; i < nloop; i++) {
23 Sem_wait(mutex);
24 printf("child: %d\n", (*ptr)++);
25 Sem_post(mutex);
26 }
27 exit(0);
28 }
29 /* родительский процесс */
30 for (i = 0; i < nloop; i++) {
31 Sem_wait(mutex);
32 printf("parent: %d\n", (*ptr)++);
33 Sem_post(mutex);
34 }
35 exit(0);
36 }

Новый аргумент командной строки

11-14 Из командной строки теперь считывается еще один аргумент, задающий полное имя файла, который будет отображен в память. Мы открываем файл для чтения и записи, причем если файл не существует, он будет создан, а затем инициализируем файл нулем.

Вызов mmap и закрытие дескриптора

15-16 Вызов mmap позволяет отобразить открытый файл в адресное пространство процесса. Первый аргумент является нулевым указателем, при этом система сама выбирает адрес начала отображаемого сегмента. Длина файла совпадает с размером целого числа. Устанавливается доступ на чтение и запись. Четвертый аргумент имеет значение MAP_SHARED, что позволяет процессам «видеть» изменения, вносимые друг другом. Функция возвращает адрес начала участка разделяемой памяти, мы сохраняем его в переменной ptr.

fork

20-34 Мы отключаем буферизацию стандартного потока вывода и вызываем fork. И родительский, и дочерний процессы по очереди увеличивают значение целого, на которое указывает ptr.

Отображенные в память файлы обрабатываются при вызове fork специфическим образом в том смысле, что созданные родительским процессом отображения наследуются дочерним процессом. Следовательно, открыв файл и вызвав mmap с флагом MAP_SHARED, мы получили область памяти, совместно используемую родительским и дочерним процессами. Более того, поскольку эта общая область на самом деле представляет собой отображенный файл, все изменения, вносимые в нее (область памяти, на которую указывает ptr, — размером sizeof (int)), также действуют и на содержимое реального файла (имя которого было указано в командной строке).

Запустив эту программу на выполнение, мы увидим, что память, на которую указывает ptr, действительно используется совместно родительским и дочерним процессами. Приведем значения счетчика перед переключением процессов:

solaris % incr2 /tmp/temp.110000
child: 0 запускается дочерний процесс
child: 1
…
child: 128
child: 129
parent: 130 дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс
parent: 131
…
parent: 636
parent: 637
child: 638 родительский процесс приостанавливается, запускается дочерний процесс
child: 639
…
child: 1517
child: 1518
parent: 1519 дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс
parent: 1520
…
parent: 19999 последняя строка вывода
solaris % od –D /tmp/temp.1
0000000 0000020000
0000004

Поскольку использовалось отображение файла в память, мы можем взглянуть на его содержимое с помощью программы od и увидеть, что окончательное значение счетчика (20000) действительно было сохранено в файле.

На рис. 12.6 изображена схема, отличающаяся от рис. 12.4. Здесь используется разделяемая память и показано, что семафор также используется совместно. Семафор мы изобразили размещенным в ядре, но для семафоров Posix это не обязательно. В зависимости от реализации семафор может обладать различной живучестью, но она должна быть по крайней мере не меньше живучести ядра. Семафор может быть реализован также через отображение файла в память, что мы продемонстрировали в разделе 10.15. 

Рис. 12.6. Родительский и дочерний процессы используют разделяемую память и общий семафор 

Мы показали, что у родительского и дочернего процессов имеются собственные копии указателя ptr, но обе копии указывают на одну и ту же область памяти — счетчик, увеличиваемый обоими процессами.

Изменим программу в листинге 12.2 так, чтобы использовались семафоры Posix, размещаемые в памяти (вместо именованных). Разместим такой семафор в разделяемой области памяти. Новая программа приведена в листинге 12.3.