Instrukcja do laboratorium Systemów Operacyjnych

(semestr drugi)

wiczenie trzecie

Ć

Temat: Potoki i

cza nazwane w

łą

Linuksie.

Opracowanie:

mgr in . Arkadiusz Chrobot

ż

Wprowadzenie

1. Komunikacja z wykorzystaniem strumieni

W systemach uniksowych istnieje mo liwo

ż

ść utworzenia nowego procesu

realizuj cego

ą

wybrane

polecenie

pow oki

ł

i

stworzenia

dla

niego

cza

łą

komunikacyjnego za pomocą tyko jednego wywo ania

ł

funkcji. Tą funkcją jest

funkcja popen().

cze

Łą

utworzone przy jej pomocy jest jednokierunkowe, tzn.

proces wywo uj cy

ł

ą

mo e

ż

do niego pisać lub z niego czyta ,

ć ale nigdy te dwie

operacje nie są dost pne

ę

jednocze nie

ś

dla tego samego

cza.

łą

cze

Łą

nale y

ż

zamykać za pomocą funkcji pclose(). Jest ono wi zane

ą

ze standardowym

wej ciem

ś

lub wyj ciem

ś

polecenia, w zale no ci

ż

ś

od rodzaju operacji, czyli

domy lnie „zast puje” klawiatur lub ekran.

ś

ę

ę

2. Potoki

Inną formą komunikacji jednokierunkowej są potoki ( cza

łą

nienazwane), które

zwykle

s u

ł żą

do

wymiany

informacji

mi dzy

ę

dwoma

spokrewnionymi

procesami. Choć istnieje mo liwo

ż

ść u ywania

ż

potoku tylko w obr bie

ę

jednego

procesu, to nie jest to rozwi zanie,

ą

które stosuje się w praktyce. Potok tworzony

jest w przestrzeni j dra,

ą

ale poprzez wywo anie

ł

funkcji pipe() w przestrzeni

u ytkownika

ż

,

a

dost p

ę

do

niego

odbywa

się

przy

pomocy

funkcji

umo liwiaj cych

ż

ą

niskopoziomowe operacje na plikach – read() i write(). Ma on

sko czon

ń

ą

pojemno

,

ść

której

wielość

zale y

ż

od

konfiguracji

systemu.

W nowszych wersjach Linuksa (od 2.6.11) wynosi ona 64KiB. Dla utworzonego
potoku mo na

ż

ustawić znacznik O_NDELAY (O_NONBLOCK), który powoduje,

e

ż

program

nie

b dzie

ę

przechodził

w

stan

oczekiwania

w okre lonych

ś

sytuacjach, zwi zanych z obs ug potoku (szczegó y w

ą

ł

ą

ł

nast pnym punkcie).

ę

3.

cza nazwane, czyli kolejki FIFO

Łą

Kolejka jest podobna w dzia aniu

ł

do potoku, ale w przeciwie stwie

ń

do niego ma

nazw ,

ę a wi c

ę

mogą z niej korzystać procesy niespokrewnione. Kolejki FIFO

pojawi y

ł się w systemach uniksowych zgodnych ze wersją o nazwie System V

(w a ciwie

ł ś

to istnia y

ł

już od System III). Pierwotnie tworzono je za pomocą

funkcji mknod(), ale obecnie istnieje wygodniejsza w u yciu

ż

funkcja mkfifo().

Aby skorzystać z tak utworzonego

cza

łą

nazwanego nale y

ż go otworzyć albo do

zapisu, albo do odczytu (to samo ograniczenie co w przypadku potoku).
Dodatkowo

mo na

ż

zastosować

flagę

O_NDELAY

lub

to sam

ż

ą

jej

flagę

O_NONBLOCK. Powoduje to,

e

ż

proces nie b dzie

ę

czekał na zako czenie

ń

pewnych operacji zwi zanych z

ą

obs ug kolejki.

ł

ą

Dok adniej

ł

obja nia to poni sza

ś

ż

tabela:

2

Sytuacja

Nie ustawiono znacznika

O_NDELAY lub

O_NONBLOCK

Ustawiono O_NDELAY lub

O_NONBLOCK

Otwarto kolejkę tylko do
czytania, aden

ż

proces nie

otworzy jej do pisania.

ł

Oczekiwanie,

aż

proces

otworzy

kolejkę

do

pisania.

Natychmiastowy

powrót

bez sygnalizowania b du.

łę

Otwarto kolejkę tylko do
pisania,

aden

ż

proces nie

otworzy jej do czytania.

ł

Oczekiwanie,

aż

proces

otworzy kolejkę FIFO do
czytania.

Natychmiastowy

powrót

z sygnalizacją

b du

łę

w errno

(umieszczenie

sta ej ENXIO).

ł

Próba

czytania

danych

z kolejki,

je li

ś

nie

ma

w niej danych.

Oczekiwanie, aż pojawią
się dane lub nie b dzie

ę

ona otwarta do pisania
dla adnego

ż

procesu. Je li

ś

aden

ż

proces nie otworzy

kolejki do pisania funkcja
zwraca

wartość

zero,

w przeciwnym

wypadku

liczb oczytanych bajtów.

ę

Natychmiastowy

powrót,

wartość

funkcji

jest

równa zero.

Próba

zapisania

do

zape nionego cza FIFO.

ł

łą

Oczekiwanie,

aż

b dzie

ę

miejsce

do

zapisania

nowych danych.

Jak wy ej.

ż

Powy sza

ż

tabela odnosi się tak e

ż do potoków. Mo na

ż

również wyodr bni

ę

ć kilka

regu , którym podlega pisanie i czytanie do kolejek i potoków:

ł

•

Je li

ś

proces

da

żą

przeczytania mniejszej porcji danych niż wynosi bie

ca

żą

zawartość medium, to b dzie

ę

pobrane dok adnie

ł

tyle danych, ile za

dano.

żą

Reszta danych nie ulega zniszczeniu i mo e

ż być odczytana przy nast pnej

ę

operacji czytania.

•

Je li

ś

proces b dzie

ę

usi owa

ł

ł odczytać wi cej

ę

danych niż znajduje się

w medium, to odczytanych i tak zostanie tylko tyle danych, ile jest
w potoku lub kolejce.

•

Je li

ś

proces próbuje czytać z medium, które nie zosta o

ł

przez aden

ż

inny

proces otwarte do pisania, to wynikiem funkcji read() b dzie

ę

zero.

W przypadku kiedy ustawiony jest znacznik O_NDELAY nie mo na

ż

stwierdzi , czy medium by o puste, czy nie zosta o otwarte do zapisu.

ć

ł

ł

•

Zapis danych jest operacją niepodzieln ,

ą o ile proces zapisuje dane do

medium porcjami mniejszymi od jego pojemno ci,

ś

3

•

Je li

ś proces próbuje zapisywać do medium, które nie zosta o

ł otwarte przez

inny proces do odczytu, to otrzyma sygnał SIGPIPE, którego domy lna

ś

obs uga polega na zako czeniu procesu.

ł

ń

Po skorzystaniu z kolejki nale y

ż

ją usun

,

ąć aby nie zajmowa a

ł

miejsca na

dysku.

4. Opis wa niejszych funkcji

ż

•

popen()

- funkcja uruchamia polecenie pow oki

ł

podane w jej argumentach

wywo ania

ł

oraz tworzy strumień s u

cy

ł żą

do komunikacji mi dzy

ę

procesem

wywo anym

ł

a wywo uj cym,

ł

ą

który mo na

ż

obs ugiwa

ł

ć standardowymi

funkcjami fread() i fwrite(). Szczegó y: man 3 popen.

ł

•

fread()

- s u y

ł ż

do odczytu buforowanego ze strumienia. Szczegó y:

ł

man

3 fread.

•

fwrite()

- s u y

ł ż

do zapisu buforowanego do strumienia. Szczegó y:

ł

man

3 fwrite.

•

Funkcja pclose() - s u y

ł ż

do zamykania strumienia stworzonego przez

popen()

. Szczegó y: man 3 pclose.

ł

•

Funkcja pipe() - s u y

ł ż

do tworzenia potoku

cz cego

łą

ą

dwa spokrewnione

procesy. Jako argument wywo ania

ł

przyjmuje dwuelementową tablic ,

ę

w której b d

ę ą zapisane deskryptory potoku. Deskryptor zerowy jest do

odczytu, a pierwszy do zapisu. Zwykle jest ona wywo ywana

ł

przed fork(),

co powoduje, e

ż

procesy powsta e

ł

w wyniku podzia u

ł

odziedziczą tablicę

deskryptorów. Ka dy

ż

z tych procesów zamyka jeden z deskryptorów, np.

je li

ś

komunikacja przebiega wed ug

ł

schematu: rodzic -> potomek, to

rodzic zamyka deskryptor do odczytu, a potomek do zapisu. Szczegó y:

ł

man 2 pipe

•

Funkcja read() - czyta okre lon

ś

ą liczbę bajtów z deskryptora bez

buforowania. Szczegó y: man 2 read.

ł

•

Funkcja write() - zapisuje okre lon

ś

ą liczbę bajtów do deskryptora bez

buforowania. Szczegó y: man 2 write.

ł

•

Funkcja close() – zamyka deskryptor pliku. Do zamykania strumieni s u y

ł ż

fclose()

lub pclose(). Szczegó y: man 2 close.

ł

4

•

Funkcja mkfifo() - tworzy

cze

łą

nazwane o podanej nazwie i atrybutach,

mo e by zast piona przez

ż

ć

ą

mknod()

. Szczegó y: man 3 mkfifo

ł

•

Funkcja open() – otwiera plik (również

cze

łą

nazwane). Mo liwe

ż

jest dzi ki

ę

niej ustalenie trybu otwarcia i ustawienie znaczników. Szczegó y:

ł

man

2 open.

•

Funkcja fcntl() - s u y

ł ż

do manipulacji deskryptorem pliku. Mo na

ż

dzi ki

ę

niej ustawić flagę O_NDELAY (O_NONBLOCK) dla potoku. Szczegó y:

ł

man

2 fcntl.

•

Funkcja perror() – wypisuje wiadomość o b dzie

łę

zwróconą przez system.

Przyk ad u ycia: if(fork() < 0) perror(”fork:”); Szczegó y: man 3 perror.

ł

ż

ł

•

Funkcja unlink() – funkcja ta usuwa z systemu plików nazw ,

ę która mo e

ż

odnosić się do dowi zania

ą

lub pliku (ostatni przypadek odpowiada operacji

usuni cia

ę

pliku). Mo na

ż

ją wykorzystać do automatycznego usuwania

cza nazwanego. Szczegó y: man 2 unlink.

łą

ł

Zadania:

1. Napisz program, który wywo a

ł

polecenie „sort nazwa.c”, gdzie nazwa.c jest

nazwą pliku z kodem

ród owym

ź

ł

programu, a nast pnie

ę

odczyta 20 znaków

zwróconych przez to polecenie i wy wietli je na ekran.

ś

2. Napisz program, który uruchomi polecenie „wc” i przeka e

ż mu na standardowe

wej cie dowolny ci g znaków.

ś

ą

3. Napisz program, który stworzy potok, i wykorzysta go do przesy ania

ł

danych

w obr bie jednego procesu.

ę

4. Napisz program, który stworzy potok i wykorzysta go do komunikacji mi dzy

ę

dwoma spokrewnionymi procesami. Zadanie wykonaj dla dwóch przypadków:
z ustawion flag O_NDELAY (O_NONBLOCK) i bez.

ą

ą

5. Napisz program, który podzieli się na dwa procesy komunikuj ce

ą

się przy

pomocy potoków. Komunikacja musi by dwukierunkowa.

ć

6. Napisz dwa niezale ne

ż

programy, które b d

ę ą się komunikowa y

ł

przy pomocy

kolejki FIFO. Zadanie wykonaj w dwóch wariantach, tak jak zadanie 4. Po
zako czeniu komunikacji kolejk nale y usun

.

ń

ę

ż

ąć

7. Napisz program, w którym komunikacja mi dzy

ę

spokrewnionymi procesami

b dzie

ę

odbywa a

ł

się w jednym kierunku za pomocą

cza

łą

nienazwanego,

5

a w drugim za pomoc cza nazwanego.

ą łą

8. Stwórz programy do dialogu mi dzy

ę

dwoma u ytkownikami

ż

w systemie. Do

komunikacji u yj cza FIFO stworzonego za pomoc funkcji

ż

łą

ą

mknod.

9. Napisz program, który wygeneruje cztery procesy. Ka dy

ż

z tych procesów b dzie

ę

się komunikował z nast pnym

ę

za pomocą

cza

łą

nienazwanego. Pierwszy proces

wy le

ś

przez swoje

cze

łą

liczby 1,2,3 i 4. Ka dy

ż

kolejny zwi kszy

ę

ka d

ż ą z nich

o 1, a ostatni wypisze je na ekranie.

10. Napisz trzy programy komunikuj ce

ą

się przez

cza

łą

FIFO. Pierwszy program

b dzie

ę

wysy a

ł ł kolejne liczby parzyste, drugi kolejne liczby nieparzyste, a trzeci

b dzie

ę

odbierał te liczby i je sumowa .

ł Wszystkie procesy powinny wy wietla

ś

ć

wyniki pracy na ekranie.

6