Linux программирование в примерах

Роббинс Арнольд

Нашей любимой аналогией для каналов является то, как муж и жена вместе моют и сушат тарелки. Один супруг моет тарелки, помещая чистые, но влажные тарелки в сушилку на раковине. Другой супруг вынимает тарелки из сушилки и вытирает их. Моющий тарелки является производителем, сушилка является каналом, а вытирающий является потребителем. [96]

Если вытирающий супруг оказывается быстрее моющего, сушилка становится пустой, и вытирающему приходится ждать, пока не будут готовы новые тарелки. Напротив, если быстрее вытирающий супруг, сушилка наполняется, и моющему приходится ждать, пока она не опустеет, прежде чем помещать в нее тарелки. Это изображено на рис. 9.3.

96

Что

они ели на обед, остается не указанным. — Примеч. автора.

Рис. 9.3. Синхронизация процессов канала

9.3.2. Очереди FIFO

Для традиционных каналов единственным способом для двух различных программ получить доступ к одному и тому же каналу является наследование дескрипторов файлов. Это означает, что процессы должны быть порожденными от общего родителя или один должен быть предком другого.

Это может быть серьезным ограничением. Многие системные службы запускаются как демоны, отсоединенные долгоживущие процессы. Должен быть способ отправки данных таким процессам (и, возможно, получения данных от них). Файлы для этого не подходят; синхронизация трудна или невозможна, а каналы для выполнения задания не могут быть созданы, поскольку нет общих предков.

Для решения этой проблемы System III предложила идею о FIFO. FIFO, [97] или именованный канал, является файлом в файловой системе, который действует подобно каналу. Другими словами, один процесс открывает FIFO для записи, тогда как другой открывает его для чтения. Затем данные, записанные; в FIFO, читаются читателем. Данные буферируются ядром, а не хранятся на диске.

Рассмотрите спулер печати. Демон спулера управляет физическими принтерами, создавая задания для печати и печатая по одному заданию за раз. Для добавления в очередь задания программное обеспечение принтера на уровне пользователя должно сообщаться с демоном спулера. Одним способом для осуществления этого является создание спулером FIFO с хорошо известным именем файла. Программа пользователя может затем открыть FIFO, записать в него запрос и снова закрыть. Спулер находится в цикле, читая запросы из FIFO и обрабатывая их.

97

FIFO означает «first in, first out» — «первым вошел, первым вышел». Так работают каналы. — Примеч. автора.

Функция mkfifo создает файлы FIFO:

#include <sys/types.h> /* POSIX */

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

Аргумент

pathname

является именем создаваемого FIFO, a

mode

является данными ему правами доступа, аналогичными второму аргументу функции

creat

или третьему аргументу функции

open

(см. раздел 4.6 «Создание файлов»). Файлы FIFO удаляются, как любые другие, с помощью

remove

или

unlink

(см. раздел 5.1.5.1 «Удаление открытых файлов»).

Справочная страница GNU/Linux mkfifo(3) указывает, что FIFO должен быть открыт как для чтения, так и для записи в одно и то же время, до того, как может быть осуществлен ввод/вывод: «Открытие FIFO для чтения обычно блокирует до тех пор, пока какой-нибудь другой процесс не откроет тот же FIFO для записи, и наоборот». После открытия файла FIFO он действует подобно обычному каналу; т.е. это просто еще один дескриптор файла.

Команда

mkfifo

доставляет этот системный вызов на командный уровень. Это упрощает показ файла FIFO в действии:

$ mkfifo afifo /*

Создание файла FIFO */

$ ls -l afifo

 /* Показать тип и права доступа, обратите внимание на 'p' впереди */

prw-r--r-- 1 arnold devel 0 Oct 23 15:49 afifo

$ cat < afifo & /* Запустить читателя в фоновом режиме */

[1] 22100

$ echo It was a Blustery Day > afifo /* Послать данные в FIFO */

$ It was a Blustery Day /* Приглашение оболочки, cat выводит данные */

 /* Нажмите ENTER, чтобы увидеть статус завершения задания */

[1]+ Done cat <afifo /* cat завершился */

9.4. Управление дескрипторами файлов

На данный момент части загадки почти полностью составлены,

fork

и

exec

создают процессы и запускают в них программы,

pipe

создает канал, который может использоваться для IPC. Чего до сих пор не хватает, так это способа помещения дескрипторов канала на место стандартных ввода и вывода для производителя и потребителя канала.

Системные вызовы

dup

и

dup2

, совместно с

close

дают вам возможность поместить (скопировать) открытый дескриптор файла на другой номер. Системный вызов

fcntl

дает вам возможность то же самое и управлять несколькими важными атрибутами открытых файлов.

9.4.1. Дублирование открытых файлов:

dup

и

dup2

Два системных вызова создают копию открытого дескриптора файла:

#include <unistd.h> /* POSIX */

int dup(int oldfd);

int dup2(int oldfd, int newfd);

Функции следующие:

int dup(int oldfd)

Возвращает наименьшее значение неиспользуемого дескриптора файла; это копия

oldfd

.

dup

возвращает неотрицательное целое в случае успеха и -1 при неудаче.

int dup2(int oldfd, int newfd)

Делает

newfd

копией

oldfd

; если

newfd

открыт, он сначала закрывается, как при использовании

close

.

dup2

возвращает новый дескриптор или -1, если была проблема. Помните рис. 9.1, в котором два процесса разделяли общие указатели на один и тот же элемент файла в таблице файлов ядра?

dup

и

dup2

создают ту же ситуацию внутри одного процесса. См. рис. 9.4.

Рис. 9.4. Разделение дескриптора файла как результат '

dup2(1, 3)

'

На этом рисунке процесс выполнил '

dup2(1, 3)

', чтобы сделать дескриптор файла 3-й копией стандартного вывода, дескриптора файла 1. Точно как описано ранее, эти два дескриптора разделяют общее смещение открытого файла.

В разделе 4.4.2 «Открытие и закрытие файлов» мы упомянули, что

open

(и

creat

) всегда возвращают наименьшее целое значение неиспользуемого дескриптора для открываемого файла. Этому правилу следуют почти все системные вызовы, которые возвращают новые дескрипторы файлов, а не только

open

и

creat

. (

dup2

является исключением, поскольку он предусматривает способ получения конкретного нового дескриптора файла, даже если он не является наименьшим неиспользуемым дескриптором.)