UNIX: взаимодействие процессов

Изучая mq_notify, мы познакомились с сигналами реального времени стандарта Posix, которые обладают номерами от SIGMIN до SIGMAX. При установке обработчика для этих сигналов с флагом SA_SIGINFO они будут помещаться в очередь, доставляться в порядке очереди и сопровождаться двумя дополнительными аргументами (при вызове обработчика).

Наконец, мы реализовали большую часть возможностей очереди сообщений Posix в приблизительно 500 строках кода на языке С, используя отображаемые в память файлы, взаимные исключения и условные переменные Posix. Эта реализация иллюстрирует обработку ситуации гонок при создании новой очереди; еще раз нам придется столкнуться с такой ситуацией в главе 10 при реализации семафоров Posix.

Упражнения

1. Говоря о листинге 5.4, мы отметили, что атрибут attr функции mq_open при создании новой очереди является ненулевым; следует указать оба поля: mq_maxmsg и mq_msgsize. Как можно было бы указать только одно из них, не указывая второе, для которого использовать значения атрибутов по умолчанию?

2. Измените листинг 5.8 так, чтобы при получении сигнала не вызывалась функция mq_notify. Затем поместите в очередь два сообщения и убедитесь, что для второго из них сигнал порожден не будет. Почему?

3. Измените листинг 5.8 так, чтобы сообщение из очереди при получении сигнала не считывалось. Вместо этого просто вызовите mq_notify и напечатайте сообщение о получении сигнала. Затем отправьте два сообщения и убедитесь, что для второго из них сигнал не порождается. Почему?

4. Что произойдет, если мы уберем преобразование двух констант к целому типу в первом вызове printf в листинге 5.14? 

5. Измените листинг 5.4 следующим образом: перед вызовом mq_open напечатайте сообщение и подождите 30 секунд (sleep). После возвращения из mq_open выведите еще одно сообщение и подождите еще 30 секунд, а затем вызовите mq_close. Откомпилируйте программу и запустите ее, указав большое количество сообщений (несколько сотен тысяч) и максимальный размер сообщения, скажем, в 10 байт. Задача заключается в том, чтобы создать большую очередь и проверить, используются ли в реализации отображаемые в память файлы. В течение 30-секундной паузы запустите программу типа ps и посмотрите на занимаемый программой объем памяти. Сделайте это еще раз после возвращения из mq_open. Можете ли вы объяснить происходящее?

6. Что произойдет при вызове memcpy в листинге 5.26, если вызвавший процесс укажет нулевую длину сообщения?

7. Сравните очередь сообщений с двусторонними каналами, описанными в разделе 4.4. Сколько очередей нужно для двусторонней связи между родительским и дочерним процессами?

8. Почему мы не удаляем взаимное исключение и условную переменную в листинге 5.20?

9. Стандарт Posix утверждает, что дескриптор очереди сообщений не может иметь тип массива. Почему? 

10. В каком состоянии проводит большую часть времени функция main из листинга 5.12? Что происходит каждый раз при получении сигнала? Как мы обрабатываем эту ситуацию?

11. Не все реализации поддерживают атрибут PTHREAD_PROCESS_SHARED для взаимных исключений и условных переменных. Переделайте реализацию очередей сообщений из раздела 5.8 так, чтобы использовать семафоры Posix (глава 10) вместо взаимных исключений и условных переменных.

12. Расширьте реализацию очередей сообщений Posix из раздела 5.8 так, чтобы она поддерживала SIGEV_THREAD. 

ГЛАВА 6 Очереди сообщений System V

6.1. Введениеы

Каждой очереди сообщений System V сопоставляется свой идентификатор очереди сообщений. Любой процесс с соответствующими привилегиями (раздел 3.5) может поместить сообщение в очередь, и любой процесс с другими соответствующими привилегиями может сообщение из очереди считать. Как и для очередей сообщений Posix, для помещения сообщения в очередь System V не требуется наличия подключенного к ней на считывание процесса.

Ядро хранит информацию о каждой очереди сообщений в виде структуры, определенной в заголовочном файле <sys/msg.h>:

struct msqid_ds {
 struct ipc_perm msg_perm; /* Разрешения чтения и записи: раздел 3.3 */
 struct msg *msg_first; /* указатель на первое сообщение в очереди */
 struct msg *msg_last; /* указатель на последнее сообщение в очереди */
 msglen_t msg_cbytes; /* размер очереди в байтах */
 msgqnum_t msg_qnum; /* количество сообщений в очереди */
 msglen_t msg_qbytes; /* максимальный размер очереди в байтах */
 pid_t msg_lspid; /* идентификатор (pid) последнего процесса, вызвавшего msgsnd; */
 pid_t msg_lrpid; /* pid последнего msgrcv; */
 time_t msg_stime; /* время отправки последнего сообщения */
 time_t msg_rtime; /* время последнего считывания сообщения */
 time_t msg_ctime; /* время последнего вызова msgctl, изменившего одно из полей структуры */
};

ПРИМЕЧАНИЕ

Unix 98 не требует наличия полей msg_first, msg_last и msg_cbytes. Тем не менее они имеются в большинстве существующих реализаций, производных от System V. Естественно, ничто не заставляет реализовывать очередь сообщений через связный список, который неявно предполагается при наличии полей msg_first и msg_last. Эти два указателя обычно указывают на участки памяти, принадлежащие ядру, и практически бесполезны для приложения.

Мы можем изобразить конкретную очередь сообщений, хранимую ядром как связный список, — рис. 6.1. В этой очереди три сообщения длиной 1, 2 и 3 байта с типами 100, 200 и 300 соответственно.

В этой главе мы рассмотрим функции, используемые для работы с очередями сообщений System V, и реализуем наш пример файлового сервера из раздела 4.2 с использованием очередей сообщений. 

Рис. 6.1. Структура очереди system V в ядре

6.2. Функция msgget

Создать новую очередь сообщений или получить доступ к существующей можно с помощью функции msgget:

#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int oflag);
/* Возвращает неотрицательный идентификатор в случае успешного завершения, –1 в случае ошибки */

Возвращаемое значение представляет собой целочисленный идентификатор, используемый тремя другими функциями msg для обращения к данной очереди. Идентификатор вычисляется на основе указанного ключа, который может быть получен с помощью функции ftok или может представлять собой константу IPC_PRIVATE, как показано на рис. 3.1.

Флаг oflag представляет собой комбинацию разрешений чтения-записи, показанную в табл. 3.3. К разрешениям можно добавить флаги IPC_CREAT или IPC_CREAT | IPC_EXCL с помощью логического сложения, как уже говорилось в связи с рис. 3.2.

При создании новой очереди сообщений инициализируются следующие поля структуры msqid_ds:

■ полям uid и cuid структуры msg_perm присваивается значение действующего идентификатора пользователя вызвавшего процесса, а полям gid и cgid — действующего идентификатора группы;