Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

     для передачи сообщения обратно отправителю */

  if (sendto(sockfd, buf, n, 0,

   (struct sockaddr*)&clnt_addr, caddrlen) != n) {

   printf("Ошибка передачиn");

   exit(1);

  }

 }

}

Клиент создает сокет датаграмм и связывает его со своим уникальным адресом. Уникальность адреса определяется уникальностью имени файла. Поскольку одновременно могут работать несколько клиентов, возникает задача выполнения условия уникальности. Для этого мы используем функцию mktemp(3C), позволяющую по заданному шаблону /tmp/clnt.XXXX и на основании идентификатора текущего процесса получить уникальное имя, заменяя соответствующим образом символы 'X'. Связывание сокета позволяет при отправлении сообщения неявно указать его "адрес отправителя", так что серверу не составляет труда отправить сообщение обратно.

Клиент:

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include < sys/un.h>

char *msg = "Здравствуй, Мир!n";

#define MAXBUF 256

char buf[MAXBUF];

main() {

 struct sockaddr_un serv_addr, clnt_addr;

 int sockfd;

 int saddrlen, caddrlen, msglen, n;

 /* Установим адрес сервера, с которым мы будем обмениваться

    данными. Для этого заполним структуру данных sockaddr_un,

    которую будем использовать при отправлении данных серверу

    с помощью вызова sendto(). Значение адреса известно

    по предварительной договоренности */

 bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));

 serv_addr.sun_family = AF_UNIX;

 strcpy(serv_addr.sun_path, "./echo.server");

 saddrlen = sizeof(serv_addr.sun_family) +

 strlen(serv_addr.sun_path);

 /* Создадим сокет датаграмм */

 if ((sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {

  printf("Невозможно создать сокетn");

  exit(1);

 }

 /* Необходимо связать сокет с некоторым локальным адресом,

    чтобы сервер имел возможность возвратить посланное сообщение.

    Этот адрес должен быть уникальным в пределах коммуникационного

    домена - т.е. данной операционной системы. Для обеспечения

    этого условия, воспользуемся функцией mktemp(3C), которая

    возвращает уникальное имя, основанное на представленном

    шаблоне и идентификаторе нашего процесса PID */

 bzero(&clnt_addr, sizeof(clnt_addr));

 clnt_addr.sun_family = AF_UNIX;

 strcpy(clnt_addr.sun_path, "/tmp/clnt.XXXX");

 mktemp(clnt_addr.sun_path);

 caddrlen =

  sizeof(clnt addr.sun_family) + strlen(clnt_addr.sun_path);

 if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&clnt_addr,

  caddrlen) < 0) {

  printf("Ошибка связывания сокетаn");

  exit(1);

 }

 /* Итак, отправляем сакраментальное приветствие */

 msglen = strlen(msg);

 if (sendto(sockfd, msg, msglen, 0,

  (struct sockaddr*)&serv addr, saddrlen) != msglen) {

  printf("Ошибка передачи сообщенияn");

  exit(1);

 }

 /* Прочитаем эхо*/

 if ((n = recvfrom(sockfd, buf, MAXBUF, 0, NULL, 0)) < 0) {

  printf("Ошибка получения сообщенияn");

  exit(1);

 }

 /* И выведем его на экран */

 printf("Эхо: %sn", buf);

 /* Уберем за собой */

 close(sockfd);

 unlink(clnt_addr.sun_path);

 exit(0);

}

Сравнение различных систем межпроцессного взаимодействия

Заканчивая разговор о межпроцессном взаимодействии в UNIX, приведем сводную сравнительную таблицу рассмотренных систем.

Каналы FIFO Сообщения Разделяемая память Сокеты (домен UNIX) Пространство имен — Имя файла Ключ Ключ Имя файла Объект Системный канал Именованный канал Очередь сообщений Разделяемая область памяти Коммуникационный узел Создание объекта pipe() mknod() msgget() shmget() socket() Связывание pipe() open() msgget() shmat() bind() connect() Передача данных read() write() read() write() msgrcv() msgsnd() Непосредственный доступ memcpy() read() write() recv() send() recvfrom() sendto() Уничтожение close() close() unlink() msgctl() shmdt() close() unlink()

Если говорить о производительности IPC, то наиболее быстрым способом передачи данных между неродственными процессами является разделяемая память. Разделяемая память является частью адресного пространства для каждого из взаимодействующих процессов, поэтому чтение и запись в эту область неотличимы, например, от чтения и записи в область собственных данных процесса. Однако при использовании разделяемой памяти необходимо обеспечить синхронизацию процессов. При использовании семафоров, необходимо иметь в виду следующие обстоятельства:

□ Применение семафоров может увеличить число процессов в очереди на выполнение, поскольку несколько процессов, ожидающих разрешающего сигнала семафора, будут одновременно разбужены и переведены в очередь на выполнение.

□ Применение семафоров увеличивает число переключений контекста, что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на систему.

□ В то же время, использование семафоров является наиболее стандартным (POSIX.1b), хотя и неэффективным способом обеспечения синхронизации.

Очереди сообщений предназначены для обмена короткими (обычно менее 1 Кбайт) структурами данных. Если объем данных превышает эту величину, использование сообщений может значительно увеличить число системных вызовов и уменьшить производительность операционной системы.

Интенсивность межпроцессного взаимодействия в системе можно определить с помощью команды sar -m. Вывод команды показывает число использования объектов IPC в секунду:

17:47:53 msg/s sema/s

17:47:58  0.20  20.00

17:48:03  0.60  12.20

17:48:08  2.20  10.40

17:48:13  0.80  25.10

17:48:18  0.00  15.60

Average   0.76  16.66

Заключение

В этой главе начато обсуждение внутренней архитектуры ядра UNIX, которое будет продолжено в следующих главах. Поскольку процессы являются движущей силой операционной системы, мы начали обсуждение именно с этого вопроса. Действительно, не считая нескольких системных процессов, являющихся частью ядра и выполняющих узкосистемные функции, основная работа операционной системы происходит по запросам и в контексте прикладных процессов.

В главе обсуждается, каким образом прикладной процесс взаимодействует с ядром операционной системы, как происходит справедливое распределение системных ресурсов между задачами, и тем самым обеспечивается многозадачность UNIX. Также рассматриваются принципы организации виртуальной памяти, когда каждый процесс имеет независимое адресное пространство, размер которого в ряде случаев значительно превышает объем оперативной памяти компьютера. Наконец, здесь представлены структуры данных ядра, связанные с управлением процессами и памятью.

Глава 4

Файловая подсистема

Большинство данных в операционной системе UNIX хранится в файлах, организованных в виде дерева и расположенных на некотором носителе данных. Обычно это локальный (т. е. расположенный на том же компьютере, что и сама операционная система) жесткий диск, хотя специальный тип файловой системы — NFS (Network File System) обеспечивает хранение файлов на удаленном компьютере. Файловая система также может располагаться на CD-ROM, дискетах и других типах носителей, однако для простоты изложения сначала мы рассмотрим традиционную файловую систему UNIX, расположенную на обычном жестком диске компьютера.