Очереди сообщений

Для обмена данными между процессами используется механизм очередей сооб­щений, который поддерживается следующими системными вызовами:

- msgget — образование новой очереди сообщений или получение дескриптора существующей очереди;

- msgsnd — отправка сообщения (точнее, его постановка в указанную очередь со­общений);

- msgrcv — прием сообщения (точнее, выборка сообщения из очереди сообщений);

- msgctl — выполнение ряда управляющих действий.

Ядро хранит сообщения в виде связного списка (очереди), а дескриптор очереди сообщений является индексом в массиве заголовков очередей сообщений.

Системный вызов msgget имеет следующий синтаксис:

msgqid = msgget(key. flag):

Здесь параметры key и flag имеют то же значение, что и в вызове semget при запросе семафора.

При выполнении системного вызова msgget ядро UNIX-системы либо создает но­вую очередь сообщений, помещая ее заголовок в таблицу очередей сообщений и возвращая пользователю дескриптор вновь созданной очереди, либо находит эле­мент таблицы очередей сообщений, содержащий указанный ключ, и возвращает соответствующий дескриптор очереди.

Для отправки сообщения используется системный вызов msgsnd:

msgsnd(msgqid. msg. count, flag):

Здесь msg — указатель на структуру, содержащую определяемый пользователем целочисленный тип сообщения и символьный массив (собственно сообщение); count — размер сообщения в байтах; flag — значение, которое определяет действия ядра при выходе за пределы допустимых размеров внутренней буферной памяти.

Для приема сообщения используется системный вызов msgrcv:

count = msgrcv(id. msg. maxcount, type, flag);

Здесь msg — указатель на структуру данных в адресном пространстве пользовате­ля, предназначенную для размещения принятого сообщения; maxcount — размер области данных (массива байтов) в структуре msg; type — тип сообщения, которое требуется принять; flag — значение, которое указывает ядру, что следует предпри­нять, если в указанной очереди сообщений отсутствует сообщение с указанным типом. Возвращаемое значение системного вызова задает реальное число байтов, переданных пользователю.

Следующий системный вызов служит для опроса состояния описателя очереди сообщений, изменения его состояния (например, изменения прав доступа к очере­ди) и для уничтожения указанной очереди сообщений:

msgctl(id. and. mstatbuf):

334________________ Глава 10. Краткий обзор современных операционных систем

Разделяемая память

Для работы с разделяемой памятью используются четыре системных вызова:

- shmget — создает новый сегмент разделяемой памяти или находит существую­
щий сегмент с тем же ключом;

- shmat — подключает сегмент с указанным дескриптором к виртуальной памяти обращающегося процесса;

- shmdt — отключает от виртуальной памяти ранее подключенный к ней сегмент с указанным виртуальным адресом начала;

- shmctl — служит для управления разнообразными параметрами, связанными с
существующим сегментом.

После того как сегмент разделяемой памяти подключен к виртуальной памяти процесса, процесс может обращаться к соответствующим элементам памяти с ис­пользованием обычных машинных команд чтения и записи, не прибегая к допол­нительным системным вызовам. Синтаксис системного вызова shmget выглядит следующим образом:

shmid = shmget(key. size, flag);

Параметр size определяет желаемый размер сегмента в байтах. Далее работа про­исходит по общим правилам. Если в таблице разделяемой памяти находится эле­мент, содержащий заданный ключ, и права доступа не противоречат текущим ха­рактеристикам обращающегося процесса, то значением системного вызова является дескриптор существующего сегмента (и обратившийся процесс так и не узнает реального размера сегмента, хотя впоследствии его можно узнать с помощью сис­темного вызова shmctl). В противном случае создается новый сегмент, размер ко­торого не меньше, чем установленный в системе минимальный размер сегмента разделяемой памяти, и не больше, чем установленный максимальный размер. Со­здание сегмента не означает немедленного выделения для него основной памяти. Это действие откладывается до первого системного вызова подключения сегмента к виртуальной памяти некоторого процесса. Аналогично, при выполнении после­днего системного вызова отключения сегмента от виртуальной памяти соответ­ствующая основная память освобождается.

Подключение сегмента к виртуальной памяти выполняется путем обращения к системному вызову shmat:

virtaddr = shmatdd. addr, flags):

Здесь id — ранее полученный дескриптор сегмента; addr— требуемый процессу виртуальный адрес, который должен соответствовать началу сегмента в виртуаль­ной памяти. Значением системного вызова является реальный виртуальный адрес начала сегмента (его значение не обязательно совпадает со значением параметра addr). Если значением addr является нуль, ядро выбирает подходящий виртуаль­ный адрес начала сегмента.

Для отключения сегмента от виртуальной памяти используется системный вызов shmdt:

shmdt(addr):

Семейство операционных систем UNIX___________________________________ 335

Здесь addr — виртуальный адрес начала сегмента в виртуальной памяти, ранее по­лученный с помощью системного вызова shmat. При этом система гарантирует (опи­раясь на данные таблицы сегментов процесса), что указанный виртуальный адрес действительно является адресом начала разделяемого сегмента в виртуальной па­мяти данного процесса.

Для управления памятью служит системный вызов shmctl:

shmctKid. cmd, shsstatbuf);

Параметр cmd идентифицирует требуемое конкретное действие, то есть ту или иную функцию. Наиболее важной является функция уничтожения сегмента разделяемой памяти, которое производится следующим образом. Если к моменту выполнения системного вызова ни один процесс не подключил сегмент к своей виртуальной памяти, то основная память, занимаемая сегментом, освобождается, а соответству­ющий элемент таблицы разделяемых сегментов объявляется свободным. В про­тивном случае в элементе таблицы сегментов выставляется флаг, запрещающий выполнение системного вызова shmget по отношению к этому сегменту, но про­цессам, успевшим получить дескриптор сегмента, по-прежнему разрешается под­ключать сегмент к своей виртуальной памяти. При выполнении последнего систем­ного вызова отключения сегмента от виртуальной памяти операция уничтожения сегмента завершается.

Вызовы удаленных процедур

Во многих случаях взаимодействие процессов соответствует отношениям клиент-сервер. Один из процессов (клиент) запрашивает у другого процесса (сервера) некоторую услугу (сервис) и не продолжает свое выполнение до тех пор, пока эта услуга не будет выполнена (то есть пока процесс-клиент не получит соответству­ющие результаты). Видно, что семантически такой режим взаимодействия экви­валентен вызову процедуры. Отсюда и соответствующее название — вызов уда­ленной процедуры (Remote Procedure Call, RPC). Другими словами, процесс обращается к процедуре, которая не принадлежит данному процессу. Она может находиться даже на другом компьютере. Операционная система UNIX по своей «идеологии» идеально подходит для того, чтобц быть сетевой операционной сис­темой, на основе которой можно создавать распределенные системы и организо­вывать распределенные вычисления. Свойства переносимости позволяют созда­вать «операционно-однородные» сети, включающие разнородные компьютеры. Однако остается проблема разного представления данных в компьютерах разной архитектуры. Поэтому одной из основных идей RPC является автоматическое обес­печение преобразования форматов данных при взаимодействии процессов, выпол­няющихся на разнородных компьютерах.

Реализация механизма вызовов удаленных процедур (RPC) достаточно сложна, поскольку этот механизм должен обеспечить работу взаимодействующих процес­сов, находящихся на разных компьютерах. Если в случае обращения к процедуре, расположенной на том же компьютере, процесс общается с пей через стек или об­щие области памяти, то в случае удаленного вызова передача параметров процеду­ре превращается в передачу запроса по сети. Соответственно, и получение резуль­тата также осуществляется с помощью сетевых механизмов.

336________________ Глава 10, Краткий обзор современных операционных систем

Вызов удаленных процедур включает следующие шаги [39].

1. Процесс-клиент осуществляет вызов локальной процедуры, которую называ­
ют заглушкой (stub). Задача этого модуля-заглушки — принять аргументы, пре­
образовать их в стандартную форму и сформировать сетевой запрос. Упаковка
аргументов и создание сетевого запроса называется сборкой (marshalling).

2. Сетевой запрос пересылается на удаленную систему, где соответствующий мо­
дуль ожидает такой запрос и при его получении извлекает параметры вызова
процедуры, то есть выполняет разборку (unmarshalling), а затем передает их
серверу удаленной процедуры. После выполнения осуществляется обратная
передача.