UNIX: взаимодействие процессов

Листинг 12.3. Счетчик и семафор размещены в разделяемой памяти

//shm/incr3.c
1 #include "unpipc.h"

2 struct shared {
3 sem_t mutex; /* взаимное исключение: семафор, размещаемый в памяти */
4 int count; /* и счетчик */
5 } shared;

6 int
7 main(int argc, char **argv)
8 {
9 int fd, i, nloop;
10 struct shared *ptr;
11 if (argc != 3)
12 err_quit("usage: incr3 <pathname> <#loops>");
13 nloop = atoi(argv[2]);
14 /* открываем файл, инициализируем нулем, отображаем в память */
15 fd = Open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE);
16 Write(fd, &shared, sizeof(struct shared));
17 ptr = Mmap(NULL, sizeof(struct shared), PROT_READ | PROT_WRITE,
18 MAP_SHARED, fd, 0);
19 Close(fd);
20 /* инициализация семафора, совместно используемого процессами */
21 Sem_init(&ptr->mutex, 1, 1);
22 setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */
23 if (Fork == 0) { /* дочерний процесс */
24 for (i = 0; i < nloop; i++) {
25 Sem_wait(&ptr->mutex);
26 printf("child: %d\n", ptr->count++);
27 Sem_post(&ptr->mutex);
28 }
29 exit(0);
30 }
31 /* родительский процесс */
32 for (i = 0; i < nloop; i++) {
33 Sem_wait(&ptr->mutex);
34 printf("parent: %d\n", ptr->count++);
35 Sem_post(&ptr->mutex);
36 }
37 exit(0);
38 }

Определение структуры, хранящейся в разделяемой памяти

2-5 Помещаем целочисленный счетчик и семафор, защищающий его, в одну структуру. Эта структура будет храниться в разделяемой памяти.

Отображаем в память

14-19 Создается файл для отображения в память, который инициализируется структурой с нулевым значением обоих полей. При этом инициализируется только счетчик, поскольку семафор будет инициализирован позднее вызовом sem_init. Тем не менее проще инициализировать всю структуру нулями, чем только одно целочисленное поле.

Инициализация семафора

20-21 Используем семафор, размещаемый в памяти, вместо именованного. Для его инициализации единицей вызываем sem_init. Второй аргумент должен быть ненулевым, чтобы семафор мог совместно использоваться несколькими процессами.

На рис. 12.7 изображена модификация рис. 12.6, где семафор переместился из ядра в разделяемую память. 

Рис. 12.7. И семафор, и счетчик теперь хранятся в разделяемой памяти

12.4. Неименованное отображение в память в 4.4BSD

Наши примеры из листингов 12.2 и 12.3 работают отлично, но нам приходится создавать файл в файловой системе (аргумент командной строки), вызывать open, записывать нули в файл вызовом write (чтобы проинициализировать его). Если mmap используется для передачи области разделяемой памяти через fork, мы можем упростить эту схему, используя свойства реализации.

1. В версии 4.4BSD предоставляется возможность неименованного отображения в память. При этом полностью пропадает необходимость создавать или открывать файлы. Вместо этого указываются флаги MAP_SHARED | MAP_ANON и дескриптор fd = –1. Сдвиг, задаваемый аргументом offset, игнорируется. Память автоматически инициализируется нулями. Пример использования приведен в листинге 12.4.

2. В версии SVR4 имеется файл /dev/zero, который мы открываем и дескриптор которого указываем при вызове mmap. Это устройство возвращает нули при попытке считывания, а весь направляемый на него вывод сбрасывается. Пример использования приведен в листинге 12.5. (Во многих реализациях, произошедших от BSD, также поддерживается устройство /dev/zero, например в SunOS 4.1.x и BSD/OS 3.1.)

В листинге 12.4 приведена часть листинга 12.2, которая изменяется при переходе к использованию неименованного отображения в память в 4.4BSD.

Листинг 12.4. Отображение в память в 4.4BSD

//shm/incr_map_anon.с
3 int
4 main(int argc, char **argv)
5 {
6 int i, nloop;
7 int *ptr;
8 sem_t *mutex;
9 if (argc != 2)
10 err_quit("usage: incr_map_anon <#loops>");
11 nloop = atoi(argv[1]);
12 /* отображение в память */
13 ptr = Mmap(NULL, sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE,
14 MAP_SHARED | MAP_ANON, –1, 0);

6-11 Автоматические переменные fd и zero больше не используются, как и аргумент командной строки, задававший имя создаваемого файла.

12-14 Файл больше не нужно открывать. Вместо этого указывается флаг MAP_ANON при вызове mmap, а пятый аргумент этой функции (дескриптор) принимает значение –1.

12.5. Отображение в память в SVR4 с помощью /dev/zero

В листинге 12.5 приведена часть новой версии программы, претерпевшая изменения по сравнению с листингом 12.2 при переходе к использованию отображения с помощью /dev/zero.

Листинг 12.5. Отображение памяти в SVR4 с помощью /dev/zero

//shm/incr_dev_zero.c
3 int
4 main(int argc char **argv)
5 {
6 int fd, i, nloop;
7 int *ptr;
8 sem_t *mutex;