Уильям Стивенс - UNIX: взаимодействие процессов

• Название: UNIX: взаимодействие процессов
• Автор: Уильям Стивенс
• Жанр: Программирование
• Год: 2003
• ISBN: 5-318-00534-9

Книга написана известным экспертом по операционной системе UNIX и посвящена описанию одной из форм межпроцессного взаимодействия, IPC, с использованием которой создается большинство сложных программ. В ней описываются четыре возможности разделения решаемых задач между несколькими процессами или потоками одного процесса: передача сообщений, синхронизация, разделяемая память, удаленный вызов процедур.

Книга содержит большое количество иллюстрирующих примеров и может использоваться как учебник по IPC, и как справочник для опытных программистов.

---

В листинге 5.19 приведен конец функции mq_open, в котором осуществляется открытие существующей очереди сообщений.

Листинг 5.19. Третья часть функции mq_open: открытие существующей очереди сообщений

//my_pxmsg_mmap/mq_open.с

109 exists:

110  /* открытие файла и отображение его в память */

111  if ((fd = open(pathname, O_RDWR)) < 0) {

112   if (errno == ENOENT && (oflag & O_CREAT))

113    goto again;

114  goto err;

115  }

116  /* проверяем, что инициализация завершена */

117  for (i = 0; i < MAX TRIES; i++) {

118   if (stat(pathname, &statbuff) == –1) {

119    if (errno == ENOENT && (oflag & O_CREAT)) {

120     close(fd);

121     goto again;

122    }

123    goto err;

124   }

125   if ((statbuff.st_mode & S_IXUSR) == 0)

126   break;

127   sleep(1);

128  }

129  if (i == MAX_TRIES) {

130   errno = ETIMEDOUT;

131   goto err;

132  }

133  filesize = statbuff.st_size;

134  mptr = mmap(NULL, filesize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

135  if (mptr == MAP_FAILED)

136   goto err;

137  close(fd);

138  /* выделяем одну mymq_info{} для каждого вызова open */

139  if ((mqinfo = malloc(sizeof(struct mymq_info))) == NULL)

140   goto err;

141  rnqinfo->mqi_hdr = (struct mymq_hdr *) mptr;

142  mqinfo->mqi_magic = MQI_MAGIC;

143  mqinfo->mqi_flags = nonblock;

144  return((mymqd_t) mqinfo);

145 pthreaderr:

146  errno = i;

147 err:

148  /* не даем следующим вызовам изменить errno */

149  save_errno = errno;

150  if (created)

151   unlink(pathname);

152  if (mptr != MAP_FAILED)

153   munmap(mptr, filesize);

154  if (mqinfo != NULL)

155   free(mqinfo);

156  close(fd);

157  errno = save_errno;

158  return((mymqd_t) –1);

159 }

Открытие существующей очереди сообщений

109-115 Здесь мы завершаем работу, если флаг O_CREAT не был указан или если он был указан, но очередь уже существовала. В любом случае, мы открываем существующую очередь сообщений. Для этого мы открываем для чтения и записи файл, в котором она содержится, функцией open и отображаем его содержимое в адресное пpocтрaнcтвo процесса (mmap).

ПРИМЕЧАНИЕ

Наша реализация сильно упрощена в том, что касается режима открытия файла. Даже если вызвавший процесс указывает флаг O_RDONLY, мы должны дать возможность доступа для чтения и записи при открытии файла командой open и при отображении его в память командой mmap, поскольку невозможно считать сообщение из очереди, не изменив содержимое файла. Аналогично невозможно записать сообщение в очередь, не имея доступа на чтение. Обойти эту проблему можно, сохранив режим открытия (O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR) в структуре mq_info и проверяя этот режим в каждой из функций. Например, mq_receive должна возвращать ошибку, если в mq_info хранится значение O_WRONLY.

Проверка готовности очереди

116-132 Нам необходимо дождаться, когда очередь будет проинициализирована (в случае, если несколько потоков сделают попытку открыть ее приблизительно одновременно). Для этого мы вызываем stat и проверяем разрешения доступа к файлу (поле st_mode структуры stat). Если бит user-execute сброшен, очередь уже проинициализирована.

Этот участок кода обрабатывает другую возможную ситуацию гонок. Предположим, что два потока разных процессов попытаются открыть очередь приблизительно одновременно. Первый поток создает файл и блокируется при вызове lseek в листинге 5.18. Второй поток обнаруживает, что файл уже существует, и переходит к метке exists, где он вновь открывает файл функцией open и при этом блокируется. Затем продолжается выполнение первого потока, но его вызов mmap в листинге 5.18 не срабатывает (возможно, он превысил лимит использования памяти), поэтому он переходит на метку err и удаляет созданный файл вызовом unlink. Продолжается выполнение второго потока, но если бы мы вызывали fstat вместо stat, он бы вышел по тайм-ауту в цикле for, ожидая инициализации файла. Вместо этого мы вызываем stat, которая возвращает ошибку, если файл не существует, и, если флаг O_CREAT был указан при вызове mq_open, мы переходим на метку again (листинг 5.17) для повторного создания файла. Эта ситуация гонок заставляет нас также проверять, не возвращается ли при вызове open ошибка ENOENT.

Отображение файла в память; создание и инициализация структуры mq_info

133-144 Файл отображается в память, после чего его дескриптор может быть закрыт. Затем мы выделяем место под структуру mq_infо и инициализируем ее. Возвращаемое значение представляет собой указатель на эту структуру.

Обработка ошибок

145-148 При возникновении ошибок происходит переход к метке err, а переменной errno присваивается значение, которое должно быть возвращено функцией mq_open. Мы аккуратно вызываем функции для очистки памяти от выделенных объектов, чтобы переменная errno не изменила свое значение в случае возникновения ошибки в этих функциях.

Функция mq_close

В листинге 5.20 приведен текст нашей функции mq_close.

Листинг 5.20. Функция mq_close

//my_pxmsg_mmap/mq_close.с

1  #include "unpipc.h"

2  #include "mqueue.h"

3  int

4  mymq_close(mymqd_t mqd)

5  {

6   long msgsize, filesize:

7   struct mymq_hdr *mqhdr;

8   struct mymq_attr *attr;

9   struct mymq_info *mqinfo;

10  mqinfo = mqd;

11  if (mqinfo->mqi_magic != MQI_MAGIC) {

12   errno = EBADF;

13   return(-1);

14  }

15  mqhdr = mqinfo->mqi_hdr;

16  attr = &mqhdr->mqh_attr;

17  if (mymq_notify(mqd, NULL) != 0) /* снятие вызвавшего процесса с регистрации */

18   return(-1);

19  msgsize = MSGSIZE(attr->mq_msgsize);

20  filesize = sizeof(struct mymq_hdr) + (attr->mq_maxmsg *

21   (sizeof(struct mymsg_hdr) + msgsize));

22  if (munmap(mqinfo->mqi_hdr, filesize) == –1)

23   return(-1);

24  mqinfo->mqi_magic = 0; /* на всякий случай */

25  free(mqinfo);

26  return(0);

27 }

Получение указателей на структуры

10-16 Проверяется правильность переданных аргументов, после чего получаются указатели на область, занятую отображенным в память файлом (mqhdr), и атрибуты (в структуре mq_hdr).

Сброс регистрации вызвавшего процесса

17-18 Для сброса регистрации на уведомление вызвавшего процесса мы вызываем mq_notify. Если процесс был зарегистрирован, он будет снят с уведомления, но если нет — ошибка не возвращается.

Отключение отображения файла и освобождение памяти

19-25 Мы вычисляем размер файла для вызова munmap и освобождаем память, используемую структурой mqinfo. На случай, если вызвавший процесс будет продолжать использовать дескриптор очереди сообщений, до того как область памяти будет вновь задействована вызовом malloc, мы устанавливаем значение mq_magiс в ноль, чтобы наши функции для работы с очередью сообщений обнаруживали ошибку.

Обратите внимание, что если процесс завершает работу без вызова mq_close, эти же операции выполняются автоматически: отключается отображение в память, а память освобождается.

Функция mq_unlink

Текст функции mqunlink приведен в листинге 5.21. Она удаляет файл, связанный с очередью сообщений, вызывая функцию unlink.

Листинг 5.21. Функция mq_unlink

//my_pxmsg_mmap/mq_unlink.с

1 #include "unpipc.h"

2 #include "mqueue.h"

3 int

4 mymq_unlink(const char *pathname)

5 {

6  if (unlink(pathname) == –1)

7   return(-1);

8  return(0);

9 }

Функция mq_getattr

В листинге 5.22 приведен текст функции mq_getattr, которая возвращает текущее значение атрибутов очереди.

Листинг 5.22. Функция mq_getattr

//my_pxmsg_mmap/mq_getattr.с

1  #include "unpipc.h"

2  #include "mqueue.h"

3  int

4  mymq_getattr(mymqd_t mqd, struct mymq_attr *mqstat)

5  {

6   int n;

7   struct mymq_hdr *mqhdr;

8   struct mymq_attr *attr;

9   struct mymq_info *mqinfo;

10  mqinfo = mqd;

11  if (mqinfo->mqi_magic != MQI_MAGIC) {

12   errno = EBADF;

13   return(-1);

14  }

15  mqhdr = mqinfo->mqi_hdr;

16  attr = &mqhdr->mqh_attr;

17  if ((n = pthread_mutex_lock(&mqhdr->mqh_lock)) != 0) {

18   errno = n;

19   return (-1);

20  }

21  mqstat->mq_flags = mqinfo->mqi_flags; /* для каждого open */

22  mqstat->mq_maxmsg = attr->mq_maxmsg; /* оставшиеся три – для очереди */

23  mqstat->mq_msgsize = attr->mq_msgsize;

24  mqstat->mq_curmsgs = attr->mq_curmsgs;

25  pthread_mutex_unlock(&mqhdr->mqh_lock);