Программный канал связи (pipe), или, как его иногда называют, конвейер, транспортер, является средством, с помощью которого можно обмениваться данными
Конвейеры и очереди сообщений_______________________________________ 243
между процессами. Принцип работы конвейера основан на механизме ввода-вывода файлов в UNIX, то есть задача, передающая информацию, действует так, как будто она записывает данные в файл, в то время как задача, для которой предназначается эта информация, читает ее из этого файла. Операции записи и чтения осуществляются не записями, как это делается в обычных файлах, а потоком байтов, как это принято в UNIX-системах. Таким образом, функции, с помощью которых выполняется запись в канал и чтение из него, являются теми же самыми, что и при работе с файлами. По сути, канал представляет собой поток данных между двумя (или более) процессами. Это упрощает программирование и избавляет программистов от использования каких-то новых механизмов. На самом деле конвейеры не являются файлами на диске, а представляют собой буферную память, работающую по принципу FIFO, то есть по принципу обычной очереди. Однако не следует путать конвейеры с очередями сообщений; последние реализуются иначе и имеют другие возможности.
Конвейер имеет определенный размер1, который не может превышать 64 Кбайт и работает циклически. Вспомните реализацию очереди на массивах, когда имеются указатели начала и конца очереди, которые перемещаются циклически по массиву. То есть имеется некий массив и два указателя: один показывает на первый элемент (указатель на начало — head), а второй — на последний (указатель на конец — tail).
В начальный момент оба указателя равны нулю. Добавление самого первого элемента в пустую очередь приводит к тому, что указатели на начало и на конец принимают значение, равное 1 (в массиве появляется первый элемент). В последующем добавление нового элемента вызывает изменение значения второго указателя, поскольку он отмечает расположение именно последнего элемента очереди. Чтение (и удаление) элемента (читается и удаляется всегда первый элемент из созданной очереди) приводит к необходимости модифицировать значение указателя на ее начало. В результате операций записи (добавления) и чтения (удаления) элементов в массиве, моделирующем очередь элементов, указатели будут перемещаться от начала массива к его концу. При достижении указателем значения индекса последнего элемента массива значение указателя вновь становится единичным (если при этом не произошло переполнение массива, то есть количество элементов в очереди не стало большим числа элементов в массиве). Можно сказать, что мы как бы замыкаем массив в кольцо, организуя круговое перемещение указателей на начало и на конец, которые отслеживают первый и последний элементы в очереди. Сказанное иллюстрирует рис. 7.4. Именно так функционирует конвейер.
Как информационная структура конвейер описывается идентификатором, размером и двумя указателями. Конвейеры представляют собой системный ресурс. Чтобы начать работу с конвейером, процесс сначала должен заказать его у операционной системы и получить в свое распоряжение. Процессы, знающие идентификатор конвейера, могут через него обмениваться данными.
1 Механизм конвейеров, впервые введенный в UNIX-системах, имеет максимальный размер 64 Кбайт, поскольку в 16-разрядных мини-ЭВМ, для которых создавалась эта ОС, нельзя было иметь массив данных большего размера.
244________ Глава 7. Организация параллельных взаимодействующих вычислений
Рис. 7.4. Организация очереди в массиве
В качестве иллюстрации приведем основные системные запросы для работы с конвейерами, которые имеются в API OS/2.
Здесь ReadHandle — дескриптор чтения из конвейера, WriteHandle —
дескриптор записи в конвейер, PipeSize — размер конвейера.
- Функция чтения из конвейера:
DosRead (&ReadHandle. (PVOID)&Inform. sizeof(Inform), &BytesRead): Здесь ReadHandle — дескриптор чтения из конвейера, Inform — переменная любого типа, sizeof(Inform) — размер переменной Inform, BytesRead — количество прочитанных байтов. Данная функция при обращении к пустому конвейеру будет ожидать, пока в нем не появится информация для чтения.
Здесь WriteHandle — дескриптор записи в конвейер, BytesWrite — количество
записанных байтов.
Читать из конвейера может только тот процесс, который знает идентификатор соответствующего конвейера. При работе с конвейером данные непосредственно помещаются в него. Еще раз отметим, что из-за ограничения на размер конвейера программисты сталкиваются и с ограничениями на размеры передаваемых через него сообщений.
1 Механизм конвейеров, впервые введенный в UNIX-системах, имеет максимальный размер 64 Кбайт, поскольку в 16-разрядных мини-ЭВМ, для которых создавалась эта ОС, нельзя было иметь массив данных большего размера.