Главная
страница 1страница 2 ... страница 4страница 5


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)


Кафедра математического обеспечения систем обработки информации и управления


Межпроцессное взаимодействие на уровне «клиент-сервер»
Методические указания к лабораторным и домашним работам по дисциплине «Операционные системы»

Специальности: 230401 – Прикладная математика

220101 – Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

071900 – Информационные системы и технологии

090102 – Компьютерная безопасность

Москва 2009

Составитель канд. техн. наук, проф. А.Ю. Истратов


УДК 681.1.06



Межпроцессное взаимодействие на уровне «клиент-сервер»/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; Сост. –А.Ю. Истратов, 2005г. – с. 36

Библиогр.: 3 назв.


Рассматриваются вопросы программирования коммуникаций между асинхронными процессами операционной системы UNIX и процессами разных операционных систем. Излагаемый материал является общим для всех разновидностей UNIX – систем. Представлена информация об очередях сообщений, разделяемой области памяти и семафорах, гнездах, соединениях и протоколах обмена. Приведены задания лабораторных работ и примеры выполнения.

Для студентов специальностей «Прикладная математика», «Компьютерная безопасность», «Информационные системы и технологии», «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
???? ISBN 5–94506–100–X

Большая часть клиент/серверных систем достаточно похожа. Электронная почта, файловый сервер, средство удаленного доступа, распределенные базы данных и многие другие межпроцессные сервисы выглядят по-разному при представлении на экране, но работают они одинаково. Межпроцессные взаимодействия по схеме клиент/сервер в рамках операционной системы UNIX осуществляются следующими способами:


  • при помощи сообщений. Позволяют процессам, работающим на одном компьютере, обмениваться форматированными данными.

  • при помощи разделяемой области памяти. Позволяют нескольким процессам, выполняемым на одном компьютере, совместно использовать общую область памяти.

  • при помощи семафоров. Представляют собой набор общесистемных переменных, которые могут модифицироваться и использоваться процессами, запущенными на одном компьютере, для синхронизации их выполнения. Семафоры обычно используются (в сочетании с разделяемой памятью) для управления доступом к данным, находящимся в той или иной области разделяемой памяти.

  • Через интерфейс транспортного уровня (гнезда). Позволяют двум или нескольким процессам, выполняемым на разных компьютерах, создавать прямые двухсторонние каналы связи.

1. Обмен сообщениями

Реализация очередей сообщений аналогична реализации UNIX-файлов. В адресном пространстве ядра имеется таблица очередей сообщений, в которой отслеживаются все очереди сообщений, создаваемые в системе.



В каждой записи хранится одно сообщение и присвоенный ему тип.

В каждой записи таблицы сообщений можно найти следующие данные, относящиеся к одной из очередей:



  • имя, представляющее собой целочисленный идентификационный ключ, присвоенный очереди процессом, который ее создал. Другие процессы могут, указывая этот ключ, «открывать» очередь и получать дескриптор для доступа к ней.

  • идентификаторы владельца и группы создателя очереди. Знание их позволяет удалять очередь и изменять параметры управления ею.

  • идентификаторы владельца и группы назначенного владельца. Они обычно совпадают с предыдущими, но их можно изменять.

  • права доступа к очереди.

  • время и идентификатор процесса, который последним передал сообщение в очередь.

  • время и идентификатор процесса, который последним прочитал сообщение из очереди.

  • указатель на список сообщений в очереди.

Когда процесс передает сообщение в очередь, ядро создает для него новую запись и помещает ее в конец списка записей. В каждой такой записи указывается тип сообщения, число байтов данных и указатель на другую область данных ядра, где фактически находятся данные сообщения. Ядро копирует данные, содержащиеся в сообщении, из адресного пространства процесса-отправителя в эту область данных ядра.

Когда процесс выбирает сообщение из очереди, ядро копирует относящиеся к нему данные из записи сообщения в адресное пространство этого процесса, а затем удаляет запись.

Процесс может выбрать сообщение из очереди следующими способами:


  • выбрать самое старое сообщение, независимо от типа.

  • выбрать сообщение, идентификатор которого совпадает с идентификатором, указанным процессом. Если несколько — самое старое.

  • выбрать сообщение, числовое значение типа которого — наименьшее или равное значению типа, указанного процессом. Если несколько — самое старое.

На процедуру манипулирования сообщениями система устанавливает ряд ограничений, которые определяются в .

В заголовке (IPC — Interprocess Communication) объявляется тип данных struct ipc_perm, который используется для хранения идентификаторов создателя, владельца, их групп, имени (ключа) очереди и прав на чтение и запись для той или иной очереди сообщений.

Запись таблицы сообщений имеет тип данных struct msqid_ds, определяемый в :


Поле

Данные

msg_perm

Данные, хранящиеся в записи типа struct ipc_perm;

msg_first

Указатель на первое (самое старое) сообщение в очереди;

msg_last

Указатель на последнее (самое новое) сообщение в очереди;

msg_cbyte

Общее число байтов во всех сообщениях очереди;

msg_qnum

Общее число сообщений очереди на данный момент;

msg_qbytes

Максимальное число байтов всех сообщений очереди;

msg_lspid

Идентификатор процесса, который последним передал в очередь сообщение;

msg_lrpid

Идентификатор процесса, который последним прочитал из очереди сообщение;

msg_stime

Время, когда в очередь было передано самое последнее сообщение;

msg_rtime

Время, когда из очереди было прочитано самое последнее сообщение;

msg_ctime

Время последнего изменения управляющих параметров очереди (права доступа, идентификатор владельца, группы).

Структура struct msg, определенная в , — это тип данных для записи сообщения.




Поле

Данные

msg_type

Целочисленный тип, присвоенный сообщению;

msg_ts

Количество байтов в тексте сообщения;

msg_spot

Указатель на текст сообщения, который хранится в другой области данных ядра;

msg_next

Указатель на следующую запись сообщения или NULL, если это последняя запись в очереди сообщений.

Все эти структуры используются в таблице сообщений и записях сообщений следующим образом:



Для манипулирования сообщениями используется 4 системных вызова:

  • msgget (open) — открытие для доступа и создание (при необходимости) очереди сообщений.

  • msgsnd (write) — передача сообщения из очереди.

  • msgrcv (read) — прием сообщения из очереди.

  • msgctl (stat, unlink, chmod, chown) — манипулирование управляющими параметрами очереди сообщений.

Для этих системных вызовов необходимы следующие файлы заголовков:

#include

#include

#include
int msgget(key_t key, int flag);
Этот системный вызов открывает очередь сообщений, идентификатор которой совпадает с key и возвращает положительный целочисленный дескриптор.

Если key — положительное число, этот системный вызов требует открыть очередь сообщений, идентификатор который совпадает с данным значением. Если же значением key является IPC_PRIVATE, системный вызов создает новую очередь сообщений.

Если flag имеет нулевое значение, и нет очереди сообщений с идентификатором, равным key, системный вызов прерывается, в противном случае возвращается дескриптор этой очереди. Если процессу необходимо создать новую очередь (когда нет ни одной очереди), то значение flag должно содержать макрос IPC_CREAT, а также права доступа к этой очереди.

int fd;

fd = msgget (15, IPC_ CREAT | 0664);
В случае неудачи системный вызов msgget возвращает -1.
int msgget(int msgfd, const void *obbuf, int len, int flag);
Системный вызов передает сообщение, на которое указывает obbuf, в очередь, обозначенную дескриптором msgfd.

obbuf — указатель на объект, который содержит реальный текст и тип сообщения, подлежащего передаче, например:


struct msgbuf

{

long mtype; // тип сообщения

сhar text[MSGMAX]; // буфер для текста сообщения

};
Значение len — размер в байтах поля text объекта. flag может иметь значение 0. Это означает, что при необходимости процесс можно блокировать до тех пор, пока системный вызов не будет успешно выполнен. Если flag = IPC_NOWAIT, то при блокировании процесса выполнение системного вызова прерывается.

В случае успешного выполнения msgsnd возвращает 0, в случае передачи -1.
int msgrcv (int msgfd, const void* obbuf, int len, int mtype, int flag);
Этот системный вызов принимает сообщение типа mtype из очереди сообщений, обозначенной дескриптором msgfd. Полученное сообщение хранится в объекте, на который указывает аргумент obbuf. Аргумент len — максимальный размер (в байтах) текста сообщения. Аргумент mtype — это тип сообщения, подлежащего приему:


  • 0 — принять из очереди самое старое сообщение любого типа;

  • полож. целое > 0 — принять самое старое сообщение указанного типа;

  • полож. целое < 0 — принять сообщение, тип которого меньше абсолютного значения mtype или равен ему. Если таких сообщений в очереди несколько, принять то, которое является самым старым и имеет наименьшее значение типа.

Аргумент flag может иметь значение 0. Это означает, что процесс можно блокировать. Если в очереди есть сообщение, превышающее len, системный вызов возвращает -1.

Если flag == IPC_NOWAIT, то вызов будет неблокирующим. Если к IPC_NOWAIT установлен и флаг MSG_NOERROR, то сообщение, находящееся в очереди, можно читать, даже если его размер превышает len байтов. Системный вызов возвращает вызывающему процессу первые len байтов текста сообщения, а остальные данные отбрасывает.

Системный вызов msgrcv возвращает количество байтов, записанных в буфер text объекта, на который указывает аргумент obbuf или -1.
Пример.
#include

#include

#include

#include

#include

#ifndef MSGMAX

#define MSGMAX 1024

#endif
struct mbuf

{

long mtype;

char text[MSGMAX];

} buf = { 8, "Happy birthday to you" };
int main()

{

int perm, fd;

perm = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWOTH;

fd = msgget(15, IPC_CREAT | perm);

if (fd == -1 || msgsnd(fd, &buf, strlen(buf.text) + 1, IPC_NOWAIT))

perror("Ошибка в посылке сообщения");

else if (msgrcv(fd, &buf, MSGMAX, 8, IPC_NOWAIT | MSG_NOERROR) != -1)

printf("%s\n", buf.text);

else

printf("Ошибка msgrcv\n");

}
После создания очереди сообщений с идентификатором 15, процесс передает в эту очередь сообщение “Happy birthday to you”, тип которого 8 и указывает, что данный вызов неблокирующий. Далее процесс вызывает системный вызов msgrcv, который ждет и выбирает из очереди сообщение типа 8. Если вызов завершается успешно, процесс направляет выбранное сообщение на стандартный вывод, в противном случае сообщает об ошибке.
int msgctl(int msgfd, int cmd, struct msqid_ds *obbuf);
С помощью этого системного вызова можно запрашивать управляющие параметры очереди сообщений, обозначенной msgfd, изменять информацию в управляющих параметрах очереди, удалять очередь из системы. Аргумент msgfd берется из вызова msgget. Возвращает 0 в случае успешного завершения, -1 — ошибки.

Значения аргумента cmd следующие:



  • IPC_STAT — копировать управляющие параметры очереди в объект, указанный obbuf.

  • IPC_SET — заменить управляющие параметры очереди параметрами, содержащимися в объекте, на который указывает obbuf.

  • IPC_RMID — удалить очередь из системы.

Для последних двух надо иметь права либо привилегированного пользователя, либо создателя, либо назначенного владельца.
Пример.
# include

# include

# include
void main()

{

struct msqid_ds buf;

int fd;

fd = msgget(15, 0);

if (fd > 0 && msgctl(fd, IPC_STAT, &buf) == 0)

{

printf("Количество сообщений: %d\n", buf.msg_qnum);

buf.msg_perm.uid = getuid(); // изменить UID владельца

if (msgctl(fd, IPC_SET, &buf) == -1)

printf("Ошибка во 2-м msgctl\n");

}

else

printf("Ошибка в 1-м msgctl\n");

if (msgctl(fd, IPC_RMID, 0) == -1) perror("Ошибка в 3-м msgctl");

}
Здесь процесс открывает очередь сообщений с ключевым идентификатором 15 и вызывает msgctl для считывания управляющих параметров очереди. Если msgget и msgctl выполняются успешно, процесс выводит на экран количество сообщений, находящихся в очереди, и устанавливает идентификатор владельца очереди равным своему идентификатору. Наконец, вызвав msgctl в 3-й раз, процесс удаляет очередь.

следующая страница >>
Смотрите также:
Методические указания к лабораторным и домашним работам по дисциплине «Операционные системы» Специальности: 230401 Прикладная математика
584.93kb.
5 стр.
Методические указания к лабораторным работам №1-­5 для студентов специальности 210100
346.16kb.
1 стр.
Программа дисциплины математическое моделирование для специальности 230401. 65 «Прикладная математика»
153.49kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Дендрология» для студентов специальности 050807 «Лесохозяйственное дело»
81.03kb.
1 стр.
Прикладная математика и информатика
283.44kb.
1 стр.
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Операционные системы, среды и оболочки» для студентов специальности 080801 «Прикладная информатика в экономике»
565.65kb.
3 стр.
Программа дисциплины «Квантовые вычисления»
112.23kb.
1 стр.
Вопросы к экзамену: Зоопарк операционных систем
21.77kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторной работе операционные усилители д исциплина "Физические основы электроники"
83.78kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторным работам для студентов iy-y курсов фэн всех форм обучения Новосибирск 2003 (076. 5)
133.46kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторным работам по биологической химии для студентов 2 курса медицинского факультета Петрозаводск 2002
878.9kb.
3 стр.
Исследование полупроводниковых диодов методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника»
370.01kb.
3 стр.