Архитектура операционной системы UNIX - Морис Бах
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
С сообщениями работают четыре системных функции: msgget, которая возвращает (и в некоторых случаях создает) дескриптор сообщения, определяющий очередь сообщений и используемый другими системными функциями, msgctl, которая устанавливает и возвращает связанные с дескриптором сообщений параметры или удаляет дескрипторы, msgsnd, которая посылает сообщение, и msgrcv, которая получает сообщение.
Синтаксис вызова системной функции msgget:
msgqid = msgget(key, flag);
где msgqid — возвращаемый функцией дескриптор, а key и flag имеют ту же семантику, что и в системной функции типа "get". Ядро хранит сообщения в связном списке (очереди), определяемом значением дескриптора, и использует значение msgqid в качестве указателя на массив заголовков очередей. Кроме вышеуказанных полей, описывающих общие для всего механизма права доступа, заголовок очереди содержит следующие поля:
• Указатели на первое и последнее сообщение в списке;
• Количество сообщений и общий объем информации в списке в байтах;
• Максимальная емкость списка в байтах;
• Идентификаторы процессов, пославших и принявших сообщения последними;
• Поля, указывающие время последнего выполнения функций msgsnd, msgrcv и msgctl.
Когда пользователь вызывает функцию msgget для того, чтобы создать новый дескриптор, ядро просматривает массив очередей сообщений в поисках существующей очереди с указанным идентификатором. Если такой очереди нет, ядро выделяет новую очередь, инициализирует ее и возвращает идентификатор пользователю. В противном случае ядро проверяет наличие необходимых прав доступа и завершает выполнение функции.
Для посылки сообщения процесс использует системную функцию msgsnd:
msgsnd(msgqid, msg, count, flag);
где msgqid — дескриптор очереди сообщений, обычно возвращаемый функцией msgget, msg — указатель на структуру, состоящую из типа в виде назначаемого пользователем целого числа и массива символов, count — размер информационного массива, flag — действие, предпринимаемое ядром в случае переполнения внутреннего буферного пространства.
алгоритм msgsnd /* послать сообщение */
входная информация:
(1) дескриптор очереди сообщений
(2) адрес структуры сообщения
(3) размер сообщения
(4) флаги
выходная информация: количество посланных байт
{
проверить правильность указания дескриптора и наличие соответствующих прав доступа;
do while (для хранения сообщения не будет выделено место) {
if (флаги не разрешают ждать) return;
sleep (до тех пор, пока место не освободится);
}
получить заголовок сообщения;
считать текст сообщения из пространства задачи в пространство ядра;
настроить структуры данных: выстроить очередь заголовков сообщений, установить в заголовке указатель на текст сообщения, заполнить поля, содержащие счетчики, время последнего выполнения операций и идентификатор процесса;
вывести из состояния приостанова все процессы, ожидающие разрешения считать сообщение из очереди;
}
Рисунок 11.4. Алгоритм посылки сообщения
Ядро проверяет (Рисунок 11.4), имеется ли у посылающего сообщение процесса разрешения на запись по указанному дескриптору, не выходит ли размер сообщения за установленную системой границу, не содержится ли в очереди слишком большой объем информации, а также является ли тип сообщения положительным целым числом. Если все условия соблюдены, ядро выделяет сообщению место, используя карту сообщений (см. раздел 9.1), и копирует в это место данные из пространства пользователя. К сообщению присоединяется заголовок, после чего оно помещается в конец связного списка заголовков сообщений. В заголовке сообщения записывается тип и размер сообщения, устанавливается указатель на текст сообщения и производится корректировка содержимого различных полей заголовка очереди, содержащих статистическую информацию (количество сообщений в очереди и их суммарный объем в байтах, время последнего выполнения операций и идентификатор процесса, пославшего сообщение). Затем ядро выводит из состояния приостанова все процессы, ожидающие пополнения очереди сообщений. Если размер очереди в байтах превышает границу допустимости, процесс приостанавливается до тех пор, пока другие сообщения не уйдут из очереди. Однако, если процессу было дано указание не ждать (флаг IPC_NOWAIT), он немедленно возвращает управление с уведомлением об ошибке. На Рисунке 11.5 показана очередь сообщений, состоящая из заголовков сообщений, организованных в связные списки, с указателями на область текста.
Рисунок 11.5. Структуры данных, используемые в организации сообщений
Рассмотрим программу, представленную на Рисунке 11.6. Процесс вызывает функцию msgget для того, чтобы получить дескриптор для записи с идентификатором MSGKEY. Длина сообщения принимается равной 256 байт, хотя используется только первое поле целого типа, в область текста сообщения копируется идентификатор процесса, типу сообщения присваивается значение 1, после чего вызывается функция msgsnd для посылки сообщения. Мы вернемся к этому примеру позже.
Процесс получает сообщения, вызывая функцию msgrcv по следующему формату:
count = msgrcv(id, msg, maxcount, type, flag);
где id — дескриптор сообщения, msg — адрес пользовательской структуры, которая будет содержать полученное сообщение, maxcount — размер структуры msg, type — тип считываемого сообщения, flag — действие, предпринимаемое ядром в том случае, если в очереди сообщений нет. В переменной count пользователю возвращается число прочитанных байт сообщения.
Ядро проверяет (Рисунок 11.7), имеет ли пользователь необходимые права доступа к очереди сообщений. Если тип считываемого сообщения имеет нулевое значение, ядро ищет первое по счету сообщение в связном списке. Если его размер меньше или равен размеру, указанному пользователем, ядро копирует текст сообщения в пользовательскую структуру и соответствующим образом настраивает свои внутренние структуры: уменьшает счетчик сообщений в очереди и суммарный объем информации в байтах, запоминает время получения сообщения и идентификатор процесса-получателя, перестраивает связный список и освобождает место в системном пространстве, где хранился текст сообщения. Если какие-либо процессы, ожидавшие получения сообщения, находились в состоянии приостанова из-за отсутствия свободного места в списке, ядро выводит их из этого состояния. Если размер сообщения превышает значение maxcount, указанное пользователем, ядро посылает системной функции уведомление об ошибке и оставляет сообщение в очереди. Если, тем не менее, процесс игнорирует ограничения на размер (в поле flag установлен бит MSG_NOERROR), ядро обрезает сообщение, возвращает запрошенное количество байт и удаляет сообщение из списка целиком.
#include ‹sys/types.h›
#include ‹sys/ipc.h›
#include ‹sys/msg.h›
#define MSGKEY 75
struct msgform {
long mtype;
char mtext[256];
};
main() {
struct msgform msg;
int msgid, pid, *pint;
msgid = msgget(MSGKEY, 0777);
pid = getpid();
pint = (int *) msg.mtext;
*pint = pid; /* копирование идентификатора процесса в область текста сообщения */
msg.mtype = 1;
msgsnd(msgid, &msg, sizeof(int), 0);
msgrcv(msgid, &msg, 256, pid, 0);
/* идентификатор процесса используется в качестве типа сообщения */
printf("клиент: получил от процесса с pid %dn", *pint);
}
Рисунок 11.6. Пользовательский процесс
алгоритм msgrcv /* получение сообщения */
входная информация:
(1) дескриптор сообщения
(2) адрес массива, в который заносится сообщение
(3) размер массива
(4) тип сообщения в запросе
(5) флаги
выходная информация: количество байт в полученном сообщении
{
проверить права доступа;
loop:
проверить правильность дескриптора сообщения;
/* найти сообщение, нужное пользователю */
if (тип сообщения в запросе == 0)
рассмотреть первое сообщение в очереди;
else
if (тип сообщения в запросе › 0)
рассмотреть первое сообщение в очереди, имеющее данный тип;
else /* тип сообщения в запросе ‹ 0 */
рассмотреть первое из сообщений в очереди с наименьшим значением типа при условии, что его тип не превышает абсолютное значение типа, указанного в запросе;
