Операционная система UNIX

Передача данных

Как уже обсуждалось, передача данных в потоке происходит в виде сообщений. Процесс инициирует передачу данных с помощью системных вызовов write(2) и putmsg(2), которые непосредственно взаимодействуют с головным модулем. Головной модуль формирует сообщение, копируя в него прикладные данные, и передает его следующему модулю вниз по потоку. В конечном итоге сообщение принимается драйвером, который выполняет необходимые операции с конкретным устройством. В случае, когда драйвер получает данные от устройства, он также передает их в виде сообщений вверх по потоку. Процесс имеет возможность получить данные с помощью системных вызовов read(2) или getmsg(2). Если в головном модуле данные отсутствуют, процесс блокируется и переходит в состояние сна.

Сообщения передаются модулями с помощью системной функции putnext(9F):

Эта функция адресует очередь следующего модуля параметром

и вызывает процедуру этой очереди, передавая ей сообщение . Не поощряется непосредственный вызов функции следующего модуля, поскольку это может вызвать определенные проблемы переносимости.

Передача данных внутри потока осуществляется асинхронно и не может блокировать процесс. Блокирование процесса возможно только при передаче данных между процессом и головным модулем. Таким образом, функции обработки данных потока —

и не могут блокироваться. Если процедура не может передать данные следующему модулю, она помещает сообщение в собственную очередь, откуда оно может быть передано позже процедурой . Если и процедура не может осуществить передачу сообщения, например, из-за переполнения очереди следующего модуля, она не будет ожидать изменения ситуации, а вернет сообщение обратно в собственную очередь и завершит выполнение. Попытка передачи повторится, когда ядро через некоторое время опять запустит .

Процедура

вызывается в системном контексте, а не в контексте процесса, который инициировал передачу данных. Таким образом, блокирование процедуры может заблокировать (перевести в состояние сна) независимый процесс, что может привести к непредсказуемым результатам и потому недопустимо. Решение этой проблемы заключается в запрещении процедурам и блокирования своего выполнения.

Блокирование недопустимо и для драйвера. Обычно прием данных драйвером осуществляется с использованием прерываний. Таким образом процедура

вызывается в контексте прерывания и не может блокировать свое выполнение.

Когда процедура

не может передать сообщение следующему модулю, она вызывает функцию putq(9F), имеющую следующий вид:

Функция putq(9F) помещает сообщение mp в очередь q, где сообщение ожидает последующей передачи, и заносит очередь в список очередей, нуждающихся в обработке. Для таких очередей ядро автоматически вызывает процедуру

. Планирование вызова процедур производится функцией ядра . [59] Функция вызывается ядром в двух случаях:

□ Когда какой-либо процесс выполняет операцию ввода/вывода над потоком.

□ Непосредственно перед переходом какого-либо процесса из режима ядра в режим задачи.

Заметим, что планирование обслуживания очередей не связано с конкретным процессом и производится для всей подсистемы STREAMS в целом.

Функция

производит поиск всех потоков, нуждающихся в обработке очередей. При наличии таковых просматривается список очередей, ожидающих обработки, и для каждой из них вызывается соответствующая функция . Каждая процедура , в свою очередь, пытается передать все сообщения очереди следующему модулю. Если для каких-либо сообщений это не удается, они остаются в очереди, ожидая следующего вызова , после чего процесс повторяется.

Управление передачей данных

Деление процесса передачи данных на два этапа, выполняемых, соответственно, функциями

и , позволяет реализовать механизм управления передачей данных.

Как уже упоминалось, обязательной для модуля является лишь функция

. Рассмотрим ситуацию, когда модули потока не содержат процедур . В этом случае, проиллюстрированном на рис. 5.19, каждый предыдущий модуль вызывает функцию следующего, передавая ему сообщение, с помощью функции ядра putnext(9F). Функция немедленно вызывает putnext(9F) и т.д.:

Рис. 5.19. Передача данных без управления потоком

Когда данные достигают драйвера, он передает их непосредственно устройству. Если устройство занято, или драйвер не может немедленно обработать данные, сообщение уничтожается. В данном примере никакого управления потоком не происходит, и очереди сообщений не используются.

Хотя такой вариант может применяться для некоторых драйверов (как правило, для псевдоустройств, например, /dev/null), в общем случае устройство не может быть все время готово к обработке данных, а потеря данных из-за занятости устройства недопустима. Таким образом, в потоке может происходить блокирование передачи данных [60], и эта ситуация не должна приводить к потере сообщений, во избежание которой необходим согласованный между модулями механизм управления потоком. Для этого сообщения обрабатываются и буферизуются в соответствующей очереди модуля, а их передача возлагается на функцию

, вызываемую ядром автоматически. Для каждой очереди определены две ватерлинии — верхняя и нижняя, которые используются для контроля заполненности очереди. Если число сообщений превышает верхнюю ватерлинию, очередь считается переполненной, и передача сообщений блокируется, пока их число не станет меньше нижней ватерлинии.