Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
int written_by_you;
char some_text[TEXT_SZ];
};
В файле определена структура, которая будет применяться в обеих программах: потребителе и поставщике. Вы используете флаг written_by_you типа int для того, чтобы сообщить потребителю о том, что данные записаны в оставшуюся часть структуры, и произвольно решаете, что необходимо передать до 2 Кбайт текста.
2. Первая программа shm1.c — потребитель. После заголовочных файлов создается сегмент совместно используемой памяти (размер равен вашей структуре, описывающей совместно используемую память) с помощью вызова shmget с заданным битом IPC_CREAT.
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shm_com.h"
int main() {
int running = 1;
void *shared_memory = (void *)0;
struct shared_use_st *shared_stuff;
int shmid;
srand((unsigned int)getpid());
shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st),
0666 | IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
fprintf(stderr, "shmget failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
3. Теперь вы делаете совместно используемую память доступной программе.
shared_memory = shmat(shmid, (void *)0, 0);
if (shared memory == (void *)-1) {
fprintf(stderr, "shmat failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Memory attached at %Xn", (int)shared_memory);
4. В следующем фрагменте программы сегмент shared_memory присваивается переменной shared_stuff, из которой затем выводится любой текст, содержащийся в some_text. Цикл продолжает выполняться до тех пор, пока не найдена строка end в элементе some_text. Вызов функции sleep заставляет программу-потребителя оставаться в своей критической секции, что вынуждает поставщика ждать.
shared_stuff = (struct shared_use_st *)shared_memory;
shared_stuff->written_by_you = 0;
while (running) {
if (shared_stuff->written_by_you) {
printf("You wrote: %s", shared_stuff->some_text);
sleep(rand() % 4);
/* Заставляет другой процесс ждать нас! */
shared_stuff->written_by_you = 0;
if (strncmp(shared_stuff->some_text, "end", 3) == 0) {
running = 0;
}
}
}
5. В заключение совместно используемая память отсоединяется и удаляется.
if (shmdt(shared_memory) == -1) {
fprintf(stderr, "shmdt failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
6. Вторая программа shm2.c — поставщик; она позволяет вводить данные для потребителей. Программа очень похожа на shm1.c и выглядит следующим образом.
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shm_com.h"
int main() {
int running = 1;
void *shared_memory = (void *)0;
struct shared_use_st *shared_stuff;
char buffer[BUFSIZ];
int shmid;
shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666 | IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
fprintf(stderr, "shmget failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
shared_memory = shmat(shmid, (void *)0, 0);
if (shared_memory == (void *)-1) {
fprintf(stderr, "shmat failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Memory attached at %Xn", (int)shared_memory);
shared_stuff = (struct shared_use_st *)shared_memory;
while (running) {
while (shared_stuff->written_by_you == 1) {
sleep(1);
printf("waiting for client...n");
}
printf("Enter same text: ");
fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);
strncpy(shared_stuff->some_text, buffer, TEXT_SZ);
shared_stuff->written_by_you = 1;
if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0) {
running = 0;
}
}
if (shmdt(shared_memory) == -1) {
fprintf(stderr, "shmdt failedn");
exit(EXIT_FAILURE);
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
Когда вы выполните эти программы, то получите образец вывода, подобный следующему:
$ ./shm1 &
[1] 294
Memory attached at 40017000
$ ./shm2
Memory attached at 40017000
Enter some text: hello
You wrote: hello
waiting for client...
waiting for client...
Enter some text: Linux!
You wrote: Linux!
waiting for client...
waiting for client...
waiting for client...
Enter some text: end
You wrote: end
$
Как это работает
Первая программа shm1 создает сегмент совместно используемой памяти и затем присоединяет его к своему адресному пространству. Вы накладываете структуру shared_use_st на начальную область совместно используемой памяти. У нее есть флаг written_by_you, который устанавливается, когда данные доступны. Если флаг установлен, программа считывает текст, выводит его и сбрасывает флаг, чтобы показать, что данные прочитаны. Для корректного выхода из цикла примените специальную строку end. Далее программа отсоединяет сегмент совместно используемой памяти и удаляет его.
Вторая программа shm2 получает и присоединяет тот же самый сегмент совместно используемой памяти, поскольку она применяет тот же ключ 1234. Затем она просит пользователя ввести текст. Если флаг written_by_you установлен, shm2 знает, что клиентский процесс еще не считал предыдущую порцию данных и ждет завершения чтения. Когда другой процесс очищает флаг, shm2 записывает новые данные и устанавливает флаг. Она также пользуется магической строкой end для завершения записи и отсоединения сегмента совместно используемой памяти.
Обратите внимание на то, что вы вынуждены с помощью флага written_by_you предоставить собственный очень грубый механизм синхронизации, который включает очень неэффективное активное ожидание (с непрерывным циклом). Такой подход сохраняет простоту примера, но в реальных программах вам следует применить семафор либо передать сообщение с помощью неименованного канала или сообщений IPC (которые будут обсуждаться в следующем разделе), либо сгенерировать сигнал (как показано в главе 11), чтобы обеспечить более эффективный механизм синхронизации между читающей и пишущей частями приложения.
Очереди сообщений
Теперь рассмотрим третье и последнее средство System V IPC: очереди сообщений. Во многом очереди сообщений похожи на именованные каналы, но без сложностей, сопровождающих открытие и закрытие канала. Однако применение очереди сообщений не избавляет вас от проблем, возникающих при использовании именованных каналов, например блокировки заполненных каналов.
Очереди сообщений предоставляют очень легкий и эффективный способ передачи данных между двумя несвязанными процессами. У них есть преимущество по сравнению с именованными каналами, заключающееся в том, что очередь сообщений существует независимо как от отправляющего, так и от принимающего процессов, что устраняет некоторые трудности, возникающие при синхронизации открытия и закрытия именованных каналов.
Очереди сообщений обеспечивают отправку блока данных из одного процесса в другой. Кроме того, каждый блок данных наделяется типом, и принимающий процесс может получать независимо блоки данных, имеющие разные типы. Хорошо и то, что, отправляя сообщения, вы можете почти полностью избежать проблем синхронизации и блокировки, связанных с именованными каналами. Еще лучше то, что вы можете проявить предусмотрительность в отношении неотложных в том или ином смысле сообщений. К недостаткам следует отнести то, что, как и в случае каналов, в системе существует ограничение максимального объема блока данных и максимального объема всех блоков данных во всех очередях.
Наложив эти ограничения, стандарт X/Open не позаботился о способе выяснения их числовых значений за исключением того, что превышение ограничений — достаточное основание для аварийного завершения функций обработки очереди сообщений. В ОС Linux есть два определения: MSGMAX и MSGMNB, которые задают максимальный объем в байтах отдельного сообщения и максимальный объем очереди соответственно. В других системах эти макросы могут отличаться или просто отсутствовать.
Далее приведены объявления функций для работы с очередями сообщений:
#include <sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
int msgget(key_t key, int msgflg);
int msgrcv(int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);
int msgsnd(int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);
Как и в случае семафоров или совместно используемой памяти, заголовочные файлы sys/types.h и sys/ipc.h обычно автоматически включаются заголовочным файлом msg.h.
