10. PROSTE MECHANIZMY KOORDYNACJI DOSTĘPNE W JĘZYKU C

W systemie Unix użytkownikowi (nie będącemu administratorem) nie wolno
wykonywać

bezpośrednio żadnych operacji na zasobach. Operacje te wykonywane są przez jądro
systemu na

zlecenie użytkownika wydane poprzez wywołanie funkcji systemowej. Użytkownik
dostrzega

system poprzez zbiór funkcji systemowych i struktur logicznych, na których one
operują, jako

tak zwaną maszynę wirtualną (niezależną od szczegółów realizacji sprzętowej).

Funkcje systemowe są dostępne dla użytkownika za pośrednictwem języka, w którym
użytkownik

porozumiewa się z systemem (na przykład języka komend shella lub języka
programowania C).

W każdym języku funkcje są obudowane w pewien interfejs (nazwa, postać
parametrów itd.).

Uwaga.

Wiele komend shella i funkcji dostępnych w języku C wywołuje nie pojedyncze funkcje
systemowe,

ale stanowi podprogramy wywołujące wiele różnych funkcji systemowych.

W języku C każda funkcja jest scharakteryzowana przez:

- nazwę;

- liczbę, kolejność i typy argumentów;

- typ wyniku;

- specyfikację efektu wykonania funkcji;

- wykaz możliwych sytuacji błędnych i odpowiadających im wartości zmiennej
globalnej errno.

Dla niektórych funkcji argumenty mogą tworzyć listę o niezdeterminowanej
długości (zakończoną

znakiem pustym).

Jedyną funkcją systemową, dla której nie są przewidziane żadne sytuacje
błędne, jest funkcja

exit (powodująca zakończenie procesu).

Uwaga.

W profesjonalnych programach wszystkie wywołania jakichkolwiek funkcji,
które mogą zwrócić

kod błędu, powinny być testowane pod kątem takiej możliwości !

Funkcje operujące na identyfikatorach.

Każdy proces poza procesem o numerze 0 powstaje wskutek utworzenia przez
inny proces. Numery

procesów są liczbami naturalnymi przydzielanymi rosnąco modulo rozmiar
tablicy procesów (zwykle

32 K) z pominięciem numerów aktualnie używanych. Każdy proces pamięta swój
PID i PPID, ale

nie zapamiętuje w sposób automatyczny identyfikatorów tworzonych potomków
(programista może

spowodować przechowywanie ich w zmiennych). Jeśli proces kończy działanie
wcześniej, niż jego

(niektóre) procesy potomne, wszystkie procesy potomne otrzymują PPID=1 (jest
to PID procesu Init)

i kontynuują działanie.

int getpid(void); - zwraca PID procesu

int getppid(void); - zwraca PPID procesu

int getpgrp(void); - zwraca PGRP procesu

int setpgrp(void); - odłącza proces od dotychczasowej grupy i
ustanawia go przywódcą

nowej grupy (PGRP = PID)

Uwaga. Istnieją też odpowiednie funkcje dla identyfikatorów użytkowników i ich
grup.

Funkcje związane z tworzeniem i kończeniem procesów.

Tworzenie nowego procesu:

int fork(void); zwraca -1 w przypadku niepowodzenia (na przykład brak
zasobów)

zwraca 0 utworzonemu procesowi potomnemu

zwraca PID utworzonego potomka procesowi
rodzicielskiemu

Wykonanie funkcji fork przez jądro systemu wiąże się z szeregiem
skomplikowanych czynności

(przydział zasobów, wpisanie do tablicy procesów, kopiowanie środowiska itp.) i
jest czasochłonne.

Segment instrukcji nie jest kopiowany, segment danych jest zwykle kopiowany
dopiero w przypadku

próby dokonania zapisu przez nowy proces.

Zamiana kontekstu procesu:

Funkcja systemowa exec ma sześć interfejsów w języku C (różniących się
sposobem przekazywania

parametrów i zmiennych środowiska). Jej zadaniem jest zamiana kontekstu
procesu (przy zachowaniu

tożsamości procesu), to jest spowodowanie, żeby proces zaczął wykonywać inny
program.

int execl (char ścieżka, char arg0, char arg1, ... , char argn, NULL);

ścieżka - pełna nazwa ścieżkowa pliku z nowym programem;

arg0 - powtórzona sama nazwa pliku z nowym programem;

arg1 ... argn - lista parametrów dla nowego programu zakończona znakiem
pustym (NULL).

int execv (char ścieżka, char argv [ ] );
int execle (...);

int execve (...);

int execlp (...);

int execvp (...);

Funkcje fork i exec zazwyczaj współpracują ze sobą.

Kończenie wykonywania procesu:

void exit (int kod);

Kończy działanie procesu, wysyła sygnał do procesu rodzicielskiego oraz
jednobajtowy kod wyjścia.

Oczekiwanie na zakończenie działania potomka:

int wait (int wsk);

Zawiesza proces w oczekiwaniu na zakończenie któregokolwiek procesu
potomnego. Zwraca PID

zakończonego potomka lub -1 w przypadku błędu. wsk zwraca dwa bajty:

- jeśli prawy bajt ma wartość 0, to lewy bajt zwraca kod wyjścia potomka;

- jeśli prawy bajt ma wartość niezerową, to określa, jaki sygnał spowodował
zakończenie potomka,

oraz czy nastąpił zrzut pamięci do pliku core.

Uwaga. Obecnie istnieje też funkcja pozwalająca czekać na zakończenie
określonego potomka.

Funkcje związane z operowaniem na sygnałach.

Wysłanie sygnału:

int kill (int pid, int sig);

Umożliwia wysłanie określonego sygnału do określonego procesu / grupy
procesów.

Przechwycenie sygnału:

void (signal (int sig, void (func) (int))) (int);

Umożliwia przechwycenie określonego sygnału (jeśli to możliwe) i wykonanie
wskazanej funkcji

obsługi.

Polecenia shella kill i trap są obudowami funkcji systemowych kill i signal.

Funkcje związane z operowaniem na łączach nienazwanych.

Pierwotnie łącza nienazwane mogły być używane jedynie jako jednokierunkowe:

P Q

zapis
odczyt

kolejka prosta

Funkcja tworząca łącze:

int pipe (int fd [2] );

fd [0] - deskryptor pliku służący do odczytu z łącza

fd [1] - deskryptor pliku służący do zapisu do łącza

Do zapisów / odczytów stosujemy funkcje systemowe write i read (są
wykonywane niepodzielnie).

Łącze ma pojemność zależną od ustawień systemowych (co najmniej pół KB,
zazwyczaj 4 KB).

Zazwyczaj bezpośrednio po wywołaniu funkcji pipe wywoływana jest funkcja
fork (proces potomny

dziedziczy deskryptory plików), a następnie, w zależności od zamierzonego
kierunku przesyłania,

zamykane są niepotrzebne deskryptory (po jednym w każdym procesie).

...

pipe (fd);

if (fork ( ) = = 0) fd [1] fd
[1]

{

close (fd [0] );

...

} fd [0] łącze fd
[0]

else

{ proces
proces

close (fd [1] ); potomny
rodzicielski

...

}

Główną wadą łącz nienazwanych jest to, że mogą łączyć tylko procesy
spokrewnione (zazwyczaj

pary rodzic - potomek, ale mogą też być dziadek - wnuk, dwóch potomków itp.).

W nowszych wersjach Unixa łącza są implementowane jako dwukierunkowe

(full

duplex)

.

W starszych mogły być tylko jednokierunkowe

(half-duplex)

- chcąc uzyskać

łączność

dwukierunkową należało skorzystać z dwóch par deskryptorów i dwukrotnie
wywołać funkcję pipe.

Uwaga.

1) W przypadku próby odczytu z pustego łącza lub próby zapisu do pełnego łącza
procesy są czasowo

zawieszane.

2) W przypadku łącz dwukierunkowych może być potrzebna synchronizacja
operacji zapisu i odczytu

po obu stronach łącza (na przykład za pomocą semaforów).

3) Na zakończenie działania programu należy pozamykać wszystkie otwarte
deskryptory.

Funkcje związane z operowaniem na łączach nazwanych (FIFO).

Łącza nazwane są uwidoczniane w systemie plików jako specjalny rodzaj plików o
zerowym

rozmiarze. Mogą być tworzone i usuwane zarówno w programach, jak i przy użyciu
komend shella.

Z łączami nazwanymi mogą współpracować dowolne procesy (niekoniecznie
spokrewnione), które

posiadają odpowiednie prawa dostępu.

Funkcja tworząca kolejkę FIFO:

int mknod (const char ścieżka, int tryb);

ścieżka - pełna nazwa ścieżkowa kolejki FIFO

tryb - słowo trybu, którego bity informują między innymi o prawach dostępu do
kolejki

Przed użyciem łącze nazwane musi być otwarte (open), a przed zakończeniem
wykonywania programu

zamknięte (close) przez każdy proces współpracujący z łączem. Jest wymuszona
synchronizacja

otwarcia łącza do zapisu i otwarcia łącza do odczytu przez dwa procesy chcące
korzystać z łącza.

Samo korzystanie z łącza wygląda podobnie, jak w przypadku łącz nienazwanych
(funkcje write i read).