Операционная система UNIX
Операционная система UNIX читать книгу онлайн
Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.
В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).
Для широкого круга пользователей.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
Помимо собственно значения семафора, в структуре sem хранится идентификатор процесса, вызвавшего последнюю операцию над семафором, число процессов, ожидающих увеличения значения семафора, и число процессов, ожидающих, когда значение семафора станет равным нулю. Эта информация позволяет ядру производить операции над семафорами, которые мы обсудим несколько позже.
Для получения доступа к семафору (и для его создания, если он не существует) используется системный вызов semop(2):
#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semget(key_t key, int nsems, int semflag);В случае успешного завершения операции функция возвращает дескриптор объекта, в случае неудачи - -1. Аргумент
nsemssemflagIPC_CREATIPC_EXCLПосле получения дескриптора объекта процесс может производить операции над семафором, подобно тому, как после получения файлового дескриптора процесс может читать и записывать данные в файл. Для этого используется системный вызов semop(2):
#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semop(int semid, struct sembuf *semop, size_t nops);В качестве второго аргумента функции передается указатель на структуру данных, определяющую операции, которые требуется произвести над семафором с дескриптором
semidnopsКаждый элемент набора операций
semopstruct sembuf { short sem_num; /* номер семафора в группе */ short sem_op; /* операция */ short sem_flg; /* флаги операции */}UNIX допускает три возможные операции над семафором, определяемые полем
semop1. Если величина
semop2. Если значение
semop3. Если величина
semopsemopМожно заметить, что первая операция изменяет значение семафора (безусловное выполнение), вторая операция только проверяет его значение (условное выполнение), а третья — проверяет, а затем изменяет значение семафора (условное выполнение).
При работе с семафорами взаимодействующие процессы должны договориться об их использовании и кооперативно проводить операции над семафорами. Операционная система не накладывает ограничений на использование семафоров. В частности, процессы вольны решать, какое значение семафора является разрешающим, на какую величину изменяется значение семафора и т.п.
Таким образом, при работе с семафорами процессы используют различные комбинации из трех операций, определенных системой, по-своему трактуя значения семафоров.
В качестве примера рассмотрим два случая использования бинарного семафора (т.е. значения которого могут принимать только 0 и 1). В первом примере значение 0 является разрешающим, а 1 запирает некоторый разделяемый ресурс (файл, разделяемая память и т.п.), ассоциированный с семафором. Определим операции, запирающие ресурс и освобождающие его:
static struct sembuf sop_lock[2] = { 0, 0, 0, /* ожидать обнуления семафора */ 0, 1, 0 /* затем увеличить значение семафора на 1 */};static struct sembuf sop_unlock[1] = { 0,-1, 0 /* обнулить значение семафора */};Итак, для запирания ресурса процесс производит вызов:
semop(semid, &sop_lock[0], 2);обеспечивающий атомарное выполнение двух операций: [43]
1. Ожидание доступности ресурса. В случае, если ресурс уже занят (значение семафора равно 1), выполнение процесса будет приостановлено до освобождения ресурса (значение семафора равно 0).
2. Запирание ресурса. Значение семафора устанавливается равным 1. Для освобождения ресурса процесс должен произвести вызов:
semop(semid, &sop_unlock[0], 1);который уменьшит текущее значение семафора (равное 1) на 1, и оно станет равным 0, что соответствует освобождению ресурса. Если какой-либо из процессов ожидает ресурса (т. е. произвел вызов операции
sop_lockВо втором примере изменим трактовку значений семафора: значению 1 семафора соответствует доступность некоторого ассоциированного с семафором ресурса, а нулевому значению — его недоступность. В этом случае содержание операций несколько изменится.
static struct sembuf sop_lock[2] = { 0, -1, 0, /* ожидать разрешающего сигнала (1), затем обнулить семафор */};static struct sembuf sop_unlock[1] = { 0, 1, 0 /* увеличить значение семафора на 1 */};Процесс запирает ресурс вызовом:
semop(semid, &sop_lock[0], 1);а освобождает:
semop(semid, &sop_unlock[0], 1);Во втором случае операции получились проще (по крайней мере их код стал компактнее), однако этот подход имеет потенциальную опасность: при создании семафора, его значения устанавливаются равными 0, и во втором случае он сразу же запирает ресурс. Для преодоления данной ситуации процесс, первым создавший семафор, должен вызвать операцию
sop_unlock
