Обмен данными между процессами linux. Знакомство с межпроцессным взаимодействием на Linux

05.04.2019

Операционная система, имея доступ ко всем областям памяти, играет роль посредника в информационном обмене прикладных потоков. При необходимости в обмене данными поток обращается с запросом к ОС. ОС, пользуясь своими привилегиями, создает различные системные средства связи. Многие из средств межпроцессного обмена данными выполняют также и функции синхронизации: в том случае, когда данные для процесса-получателя отсутствуют, последний переводится в состояние ожидания средствами ОС, а при поступлении данных от процесса-отправителя процесс-получатель активизируется.

Передача может осуществляться несколькими способами:

— разделяемая память;

— канал (pipe, конвейер) — псевдофайл, в который один процесс пишет, а другой читает;

— сокеты — поддерживаемый ядром механизм, скрывающий особенности среды и позволяющий единообразно взаимодействовать процессам, как на одном компьютере, так и в сети;

— почтовые ящики (только в Windows), однонаправленные, возможность широковещательной рассылки;

— вызов удаленной процедуры, процесс А Может вызвать процедуру в процессе В , и получить обратно данные.

Конвейеры (каналы)

Существует два способа организовать двунаправленное соединение с помощью каналов: безымянные и именованные каналы. Канал представляет собой буфер в оперативной памяти, поддерживающий очередь байт по алгоритму FIFO. Для программиста этот буфер выглядит как безымянный файл, в который можно писать и читать, осуществляя тем самым обмен данными. Обмениваться данными могут только родственные процессы, точнее процессы, которые имеют общего прародителя, создавшего данный конвейер. Связано это с тем, что конвейер не имеет имени, обращение к нему происходит по дескриптору, который имеет локальное для каждого процесса значение.

Безымянные (или анонимные) каналы позволяют связанным процессам передавать информацию друг другу. Обычно, безымянные каналы используются для перенаправления стандартного ввода/вывода дочернего процесса так, чтобы он мог обмениваться данными с родительским процессом. Чтобы производить обмен данными в обоих направлениях, необходимо создать два безымянных канала. Родительский процесс записывает данные в первый канал, используя его дескриптор записи, в то время как дочерний процесс считывает данные из канала, используя дескриптор чтения. Аналогично, дочерний процесс записывает данные во второй канал и родительский процесс считывает из него данные. Безымянные каналы не могут быть использованы для передачи данных по сети и для обмена между несвязанными процессами.

Именованные конвейеры. Такие конвейеры имеют имя, которое является записью в каталоге файловой системы ОС, поэтому пригодны для обмена данными между двумя произвольными процессами или потоками этих процессов. Именованный конвейер является специальным файлом типа FIFO и не имеет области данных на диске. Создается именованный конвейер с помощью того же системного вызова, который используется для создания файлов любого типа, но только с указанием в качестве типа файла параметра FIFO. Системный вызов порождает в каталоге запись о файле FIFO с заданным именем, после чего любой процесс может открыть этот файл и передавать данные другому процессу, также открывшему файл с этим именем.

Именованные каналы используются для передачи данных между независимыми процессами или между процессами, работающими на разных компьютерах. Обычно, процесс сервера именованных каналов создает именованный канал с известным именем или с именем, которое будет передано клиентам. Процесс клиента именованных каналов, зная имя созданного канала, открывает его на своей стороне с учетом ограничений, указанных процессом сервера. После этого между сервером и клиентом создается соединение, по которому может производиться обмен данными в обоих направлениях. В дальнейшем наибольший интерес для нас будут представлять именованные каналы.

Рис. 2.22 Схема реализации канала

Очереди сообщений

Механизм очередей сообщений похож на механизм конвейеров с тем отличием, что он позволяет процессам и потока обмениваться структурированными сообщениями. Очереди сообщений являются глобальными средствами коммуникаций для процессов операционной системы, так как каждая очередь в пределах ОС имеет уникальное имя.

Разделяемая память

Разделяемая память представляет собой сегмент физической памяти, отображенной в виртуальное адресное пространство двух или более процессов.

Рис. 2.23 а) файл, отображенный на память; б) разделяемая память

Одно из преимуществ файлов, отображаемых в память, заключается в том, что их легко использовать совместно. Присвоение имени объекту «отображение файла» делает возможным совместное использование файла несколькими процессами. В этом случае его содержимое отображено на совместно используемую физическую память.

Почтовые ящики

Почтовые ящики обеспечивают только однонаправленные соединения. Каждый процесс, который создает почтовый ящик, является «сервером почтовых ящиков». Другие процессы, называемые «клиентами почтовых ящиков», посылают сообщения серверу, записывая их в почтовый ящик. Входящие сообщения всегда дописываются в почтовый ящик и сохраняются до тех пор, пока сервер их не прочтет. Каждый процесс может одновременно быть и сервером и клиентом почтовых ящиков, создавая, таким образом, двунаправленные коммуникации между процессами.

Межпроцессное взаимодействие (Inter-process communication (IPC) ) - это набор методов для обмена данными между потоками процессов. Процессы могут быть запущены как на одном и том же компьютере, так и на разных, соединенных сетью. IPC бывают нескольких типов: «сигнал», «сокет», «семафор», «файл», «сообщение»…

В данной статье я хочу рассмотреть всего 3 типа IPC:

Отступление: данная статья является учебной и расчитана на людей, только еще вступающих на путь системного программирования. Ее главный замысел - познакомиться с различными способами взаимодействия между процессами на POSIX-совместимой ОС.

Именованный канал

Для передачи сообщений можно использовать механизмы сокетов, каналов, D-bus и другие технологии. Про сокеты на каждом углу можно почитать, а про D-bus отдельную статью написать. Поэтому я решил остановиться на малоозвученных технологиях отвечающих стандартам POSIX и привести рабочие примеры.

Рассмотрим передачу сообщений по именованным каналам. Схематично передача выглядит так:

Для создания именованных каналов будем использовать функцию, mkfifo() :
#include int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
Функция создает специальный FIFO файл с именем pathname , а параметр mode задает права доступа к файлу.

Примечание: mode используется в сочетании с текущим значением umask следующим образом: (mode & ~umask) . Результатом этой операции и будет новое значение umask для создаваемого нами файла. По этой причине мы используем 0777 (S_IRWXO | S_IRWXG | S_IRWXU ), чтобы не затирать ни один бит текущей маски.

Как только файл создан, любой процесс может открыть этот файл для чтения или записи также, как открывает обычный файл. Однако, для корректного использования файла, необходимо открыть его одновременно двумя процессами/потоками, одним для получение данных (чтение файла), другим на передачу (запись в файл).

В случае успешного создания FIFO файла, mkfifo() возвращает 0 (нуль). В случае каких либо ошибок, функция возвращает -1 и выставляет код ошибки в переменную errno .

Типичные ошибки, которые могут возникнуть во время создания канала:

EACCES - нет прав на запуск (execute) в одной из директорий в пути pathname
EEXIST - файл pathname уже существует, даже если файл - символическая ссылка
ENOENT - не существует какой-либо директории, упомянутой в pathname , либо является битой ссылкой
ENOSPC - нет места для создания нового файла
ENOTDIR - одна из директорий, упомянутых в pathname , на самом деле не является таковой
EROFS - попытка создать FIFO файл на файловой системе «только-на-чтение»

Чтение и запись в созданный файл производится с помощью функций read() и write() .

Пример

mkfifo.c

#include #include #include #include #define NAMEDPIPE_NAME "/tmp/my_named_pipe" #define BUFSIZE 50 int main (int argc, char ** argv) { int fd, len; char buf; if (mkfifo(NAMEDPIPE_NAME, 0777)) { perror("mkfifo"); return 1; } printf("%s is created\n", NAMEDPIPE_NAME); if ((fd = open(NAMEDPIPE_NAME, O_RDONLY)) <= 0) { perror("open"); return 1; } printf("%s is opened\n", NAMEDPIPE_NAME); do { memset(buf, "\0", BUFSIZE); if ((len = read(fd, buf, BUFSIZE-1)) <= 0) { perror("read"); close(fd); remove(NAMEDPIPE_NAME); return 0; } printf("Incomming message (%d): %s\n", len, buf); } while (1); } [скачать ]

Мы открываем файл только для чтения (O_RDONLY ). И могли бы использовать O_NONBLOCK модификатор, предназначенный специально для FIFO файлов, чтобы не ждать когда с другой стороны файл откроют для записи. Но в приведенном коде такой способ неудобен.

Компилируем программу, затем запускаем ее:
$ gcc -o mkfifo mkfifo.c $ ./mkfifo
В соседнем терминальном окне выполняем:
$ echo "Hello, my named pipe!" > /tmp/my_named_pipe
В результате мы увидим следующий вывод от программы:
$ ./mkfifo /tmp/my_named_pipe is created /tmp/my_named_pipe is opened Incomming message (22): Hello, my named pipe! read: Success

Разделяемая память

Следующий тип межпроцессного взаимодействия - разделяемая память (shared memory ). Схематично изобразим ее как некую именованную область в памяти, к которой обращаются одновременно два процесса:

Для выделения разделяемой памяти будем использовать POSIX функцию shm_open() :
#include int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
Функция возвращает файловый дескриптор, который связан с объектом памяти. Этот дескриптор в дальнейшем можно использовать другими функциями (к примеру, mmap() или mprotect() ).

Целостность объекта памяти сохраняется, включая все данные связанные с ним, до тех пор пока объект не отсоединен/удален (shm_unlink() ). Это означает, что любой процесс может получить доступ к нашему объекту памяти (если он знает его имя) до тех пор, пока явно в одном из процессов мы не вызовем shm_unlink() .

Переменная oflag является побитовым «ИЛИ» следующих флагов:

O_RDONLY - открыть только с правами на чтение
O_RDWR - открыть с правами на чтение и запись
O_CREAT - если объект уже существует, то от флага никакого эффекта. Иначе, объект создается и для него выставляются права доступа в соответствии с mode.
O_EXCL - установка этого флага в сочетании с O_CREATE приведет к возврату функцией shm_open ошибки, если сегмент общей памяти уже существует.

Как задается значение параметра mode подробно описано в предыдущем параграфе «передача сообщений».

После создания общего объекта памяти, мы задаем размер разделяемой памяти вызовом ftruncate() . На входе у функции файловый дескриптор нашего объекта и необходимый нам размер.

Пример

Следующий код демонстрирует создание, изменение и удаление разделяемой памяти. Так же показывается как после создания разделяемой памяти, программа выходит, но при следующем же запуске мы можем получить к ней доступ, пока не выполнен shm_unlink() .

shm_open.c

#include #include #include #include #include #include #define SHARED_MEMORY_OBJECT_NAME "my_shared_memory" #define SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE 50 #define SHM_CREATE 1 #define SHM_PRINT 3 #define SHM_CLOSE 4 void usage(const char * s) { printf("Usage: %s ["text"]\n", s); } int main (int argc, char ** argv) { int shm, len, cmd, mode = 0; char *addr; if (argc < 2) { usage(argv); return 1; } if ((!strcmp(argv, "create") || !strcmp(argv, "write")) && (argc == 3)) { len = strlen(argv); len = (len<=SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE)?len:SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE; mode = O_CREAT; cmd = SHM_CREATE; } else if (! strcmp(argv, "print")) { cmd = SHM_PRINT; } else if (! strcmp(argv, "unlink")) { cmd = SHM_CLOSE; } else { usage(argv); return 1; } if ((shm = shm_open(SHARED_MEMORY_OBJECT_NAME, mode|O_RDWR, 0777)) == -1) { perror("shm_open"); return 1; } if (cmd == SHM_CREATE) { if (ftruncate(shm, SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE+1) == -1) { perror("ftruncate"); return 1; } } addr = mmap(0, SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE+1, PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_SHARED, shm, 0); if (addr == (char*)-1) { perror("mmap"); return 1; } switch (cmd) { case SHM_CREATE: memcpy(addr, argv, len); addr = "\0"; printf("Shared memory filled in. You may run "%s print" to see value.\n", argv); break; case SHM_PRINT: printf("Got from shared memory: %s\n", addr); break; } munmap(addr, SHARED_MEMORY_OBJECT_SIZE); close(shm); if (cmd == SHM_CLOSE) { shm_unlink(SHARED_MEMORY_OBJECT_NAME); } return 0; } [скачать ]

После создания объекта памяти мы установили нужный нам размер shared memory вызовом ftruncate() . Затем мы получили доступ к разделяемой памяти при помощи mmap() . (Вообще говоря, даже с помощью самого вызова mmap() можно создать разделяемую память. Но отличие вызова shm_open() в том, что память будет оставаться выделенной до момента удаления или перезагрузки компьютера.)

Компилировать код на этот раз нужно с опцией -lrt :
$ gcc -o shm_open -lrt shm_open.c
Смотрим что получилось:
$ ./shm_open create "Hello, my shared memory!" Shared memory filled in. You may run "./shm_open print" to see value. $ ./shm_open print Got from shared memory: Hello, my shared memory! $ ./shm_open create "Hello!" Shared memory filled in. You may run "./shm_open print" to see value. $ ./shm_open print Got from shared memory: Hello! $ ./shm_open close $ ./shm_open print shm_open: No such file or directory
Аргумент «create» в нашей программе мы используем как для создания разделенной памяти, так и для изменения ее содержимого.

Зная имя объекта памяти, мы можем менять содержимое разделяемой памяти. Но стоит нам вызвать shm_unlink() , как память перестает быть нам доступна и shm_open() без параметра O_CREATE возвращает ошибку «No such file or directory».

Семафор

Семафор - самый часто употребляемый метод для синхронизации потоков и для контролирования одновременного доступа множеством потоков/процессов к общей памяти (к примеру, глобальной переменной). Взаимодействие между процессами в случае с семафорами заключается в том, что процессы работают с одним и тем же набором данных и корректируют свое поведение в зависимости от этих данных.

Есть два типа семафоров:

семафор со счетчиком (counting semaphore), определяющий лимит ресурсов для процессов, получающих доступ к ним
бинарный семафор (binary semaphore), имеющий два состояния «0» или «1» (чаще: «занят» или «не занят»)

Рассмотрим оба типа семафоров.

Семафор со счетчиком

Смысл семафора со счетчиком в том, чтобы дать доступ к какому-то ресурсу только определенному количеству процессов. Остальные будут ждать в очереди, когда ресурс освободится.

Итак, для реализации семафоров будем использовать POSIX функцию sem_open() :
#include sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
В функцию для создания семафора мы передаем имя семафора, построенное по определенным правилам и управляющие флаги. Таким образом у нас получится именованный семафор.
Имя семафора строится следующим образом: в начале идет символ "/" (косая черта), а следом латинские символы. Символ «косая черта» при этом больше не должен применяться. Длина имени семафора может быть вплоть до 251 знака.

Если нам необходимо создать семафор, то передается управляющий флаг O_CREATE . Чтобы начать использовать уже существующий семафор, то oflag равняется нулю. Если вместе с флагом O_CREATE передать флаг O_EXCL , то функция sem_open() вернет ошибку, в случае если семафор с указанным именем уже существует.

Параметр mode задает права доступа таким же образом, как это объяснено в предыдущих главах. А переменной value инициализируется начальное значение семафора. Оба параметра mode и value игнорируются в случае, когда семафор с указанным именем уже существует, а sem_open() вызван вместе с флагом O_CREATE .

Для быстрого открытия существующего семафора используем конструкцию:
#include sem_t *sem_open(const char *name, int oflag); , где указываются только имя семафора и управляющий флаг.

Пример семафора со счетчиком

Рассмотрим пример использования семафора для синхронизации процессов. В нашем примере один процесс увеличивает значение семафора и ждет, когда второй сбросит его, чтобы продолжить дальнейшее выполнение.

sem_open.c

#include #include #include #include #define SEMAPHORE_NAME "/my_named_semaphore" int main(int argc, char ** argv) { sem_t *sem; if (argc == 2) { printf("Dropping semaphore...\n"); if ((sem = sem_open(SEMAPHORE_NAME, 0)) == SEM_FAILED) { perror("sem_open"); return 1; } sem_post(sem); perror("sem_post"); printf("Semaphore dropped.\n"); return 0; } if ((sem = sem_open(SEMAPHORE_NAME, O_CREAT, 0777, 0)) == SEM_FAILED) { perror("sem_open"); return 1; } printf("Semaphore is taken.\nWaiting for it to be dropped.\n"); if (sem_wait(sem) < 0) perror("sem_wait"); if (sem_close(sem) < 0) perror("sem_close"); return 0; } [скачать ]

В одной консоли запускаем:
$ ./sem_open Semaphore is taken. Waiting for it to be dropped. <-- здесь процесс в ожидании другого процесса sem_wait: Success sem_close: Success
В соседней консоли запускаем:
$ ./sem_open 1 Dropping semaphore... sem_post: Success Semaphore dropped.

Бинарный семафор

Вместо бинарного семафора, для которого так же используется функция sem_open, я рассмотрю гораздо чаще употребляемый семафор, называемый «мьютекс» (mutex).

Мьютекс по существу является тем же самым, чем является бинарный семафор (т.е. семафор с двумя состояниями: «занят» и «не занят»). Но термин «mutex» чаще используется чтобы описать схему, которая предохраняет два процесса от одновременного использования общих данных/переменных. В то время как термин «бинарный семафор» чаще употребляется для описания конструкции, которая ограничивает доступ к одному ресурсу. То есть бинарный семафор используют там, где один процесс «занимает» семафор, а другой его «освобождает». В то время как мьютекс освобождается тем же процессом/потоком, который занял его.

Без мьютекса не обойтись в написании, к примеру базы данных, к которой доступ могут иметь множество клиентов.

Для использования мьютекса необходимо вызвать функцию pthread_mutex_init():
#include Int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
Функция инициализирует мьютекс (перемнную mutex ) аттрибутом mutexattr . Если mutexattr равен NULL , то мьютекс инициализируется значением по умолчанию. В случае успешного выполнения функции (код возрата 0), мьютекс считается инициализированным и «свободным».

Типичные ошибки, которые могут возникнуть:

EAGAIN - недостаточно необходимых ресурсов (кроме памяти) для инициализации мьютекса
ENOMEM - недостаточно памяти
EPERM - нет прав для выполнения операции
EBUSY - попытка инициализировать мьютекс, который уже был инициализирован, но не унечтожен
EINVAL - значение mutexattr не валидно

Чтобы занять или освободить мьютекс, используем функции:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
Функция pthread_mutex_lock() , если mutex еще не занят, то занимает его, становится его обладателем и сразу же выходит. Если мьютекс занят, то блокирует дальнейшее выполнение процесса и ждет освобождения мьютекса.
Функция pthread_mutex_trylock() идентична по поведению функции pthread_mutex_lock() , с одним исключением - она не блокирует процесс, если mutex занят, а возвращает EBUSY код.
Фунция pthread_mutex_unlock() освобождает занятый мьютекс.

Коды возврата для pthread_mutex_lock() :

EINVAL - mutex неправильно инициализирован
EDEADLK - мьютекс уже занят текущим процессом

Коды возврата для pthread_mutex_trylock() :

EBUSY - мьютекс уже занят

Коды возврата для pthread_mutex_unlock() :

EINVAL - мьютекс неправильно инициализирован
EPERM - вызывающий процесс не является обладателем мьютекса

Пример mutex

mutex.c

#include #include #include #include static int counter; // shared resource static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void incr_counter(void *p) { do { usleep(10); // Let"s have a time slice between mutex locks pthread_mutex_lock(&mutex); counter++; printf("%d\n", counter); sleep(1); pthread_mutex_unlock(&mutex); } while (1); } void reset_counter(void *p) { char buf; int num = 0; int rc; pthread_mutex_lock(&mutex); // block mutex just to show message printf("Enter the number and press "Enter" to initialize the counter with new value anytime.\n"); sleep(3); pthread_mutex_unlock(&mutex); // unblock blocked mutex so another thread may work do { if (gets(buf) != buf) return; // NO fool-protection ! Risk of overflow ! num = atoi(buf); if ((rc = pthread_mutex_trylock(&mutex)) == EBUSY) { printf("Mutex is already locked by another process.\nLet"s lock mutex using pthread_mutex_lock().\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); } else if (rc == 0) { printf("WOW! You are on time! Congratulation!\n"); } else { printf("Error: %d\n", rc); return; } counter = num; printf("New value for counter is %d\n", counter); pthread_mutex_unlock(&mutex); } while (1); } int main(int argc, char ** argv) { pthread_t thread_1; pthread_t thread_2; counter = 0; pthread_create(&thread_1, NULL, (void *)&incr_counter, NULL); pthread_create(&thread_2, NULL, (void *)&reset_counter, NULL); pthread_join(thread_2, NULL); return 0; } [скачать ]

Данный пример демонстрирует совместный доступ двух потоков к общей переменной. Один поток (первый поток) в автоматическом режиме постоянно увеличивает переменную counter на единицу, при этом занимая эту переменную на целую секунду. Этот первый поток дает второму доступ к переменной count только на 10 миллисекунд, затем снова занимает ее на секунду. Во втором потоке предлагается ввести новое значение для переменной с терминала.

Если бы мы не использовали технологию «мьютекс», то какое значение было бы в глобальной переменной, при одновременном доступе двух потоков, нам не известно. Так же во время запуска становится очевидна разница между pthread_mutex_lock() и pthread_mutex_trylock() .

Компилировать код нужно с дополнительным параметром -lpthread :
$ gcc -o mutex -lpthread mutex.c
Запускаем и меняем значение переменной просто вводя новое значение в терминальном окне:
$ ./mutex Enter the number and press "Enter" to initialize the counter with new value anytime. 1 2 3 30 <--- новое значение переменной Mutex is already locked by another process. Let"s lock mutex using pthread_mutex_lock(). New value for counter is 30 31 32 33 1 <--- новое значение переменной Mutex is already locked by another process. Let"s lock mutex using pthread_mutex_lock(). New value for counter is 1 2 3

Вместо заключения

В следующих статьях я хочу рассмотреть технологии d-bus и RPC. Если есть интерес, дайте знать.
Спасибо.

UPD: Обновил 3-ю главу про семафоры. Добавил подглаву про мьютекс.

Теги:

linux
posix
ipc
программирование

Добавить метки

В операционных системах Unix и Linux имеется возможность создавать сегменты памяти, доступные нескольким процессам. При использовании этого средства участки виртуального адресного пространства разных процессов, отображаются на одни и те же адреса реальной памяти.

При работе с общим сегментом памяти один из процессов должен создать сегмент разделяемой (общей) памяти, указав требуемый размер сегмента, и получить его идентификатор. Этот идентификатор затем используется процессом-создателем для выполнения управляющих операций с разделяемой памятью.

Получив идентификатор разделяемого сегмента памяти (создав сегмент или получив его идентификатор от другого процесса), процесс должен "присоединить" сегмент. Операция присоединения возвращает адрес разделяемого сегмента в виртуальном адресном пространстве процесса. Виртуальный адрес одного и того же сегмента может быть разным для разных процессов. Далее процессы ведут чтение и запись данных в сегменте разделяемой памяти, используя для этого те же самые машинные команды, что и при работе с обычной памятью.

Процесс, закончивший работу с сегментом разделяемой памяти должен "отсоединить" его, а по окончании использования сегмента всеми процессами он должен быть уничтожен.

При одновременной работе процессов с общей областью памяти, возможно, требуется синхронизация их доступа к области. За обеспечение такой синхронизации полностью отвечает программист, который может использовать для этого алгоритмы, исключающие конфликты одновременного доступа или системные средства, например, семафоры.

Системные вызовы Unix/Linux

ОС Unix/Linux механизм разделяемых сегментов памяти обеспечивается четырьмя системными вызовами: shmget , shmctl , shmat , shmdt .

Системный вызов shmctl позволяет выполнять управляющие операции над сегментом: получать информацию о его состоянии, изменять права доступа к нему, уничтожать сегмент.

Системные вызовы shmat и shmdt выполняют присоединение и отсоединение сегмента соответственно.

Разделяемые сегменты памяти в Unix/Linux (как и семафоры) не имеют внешних имен. При получении идентификатора сегмента процесс пользуется числовым ключом. Разработчики несвязанных процессов могут договориться об общем значении ключа, который они будут использовать, но у них нет гарантии в том, что это же значение ключа не будет использовано кем-то еще. Гарантированно уникальный сегмент можно создать с использованием ключа IPC_PRIVATE , но такой ключ не может быть внешним. Поэтому сегменты используются, как правило, родственными процессами, которые имеют возможность передавать друг другу их идентификаторы, например, через наследуемые ресурсы или через параметры вызова дочерней программы.

Внимание!
В процессе отладки программы у Вас могут возникать ситуации, когда программа будет аварийно заканчиваться или прерываться Вами прежде, чем она уничтожит созданные ею общие области памяти. Такие области не удаляются в системе автоматически и могут накапливаться в течение многих дней. Накопление таких "забытых" общих областей может привести к тому, что будет исчерпан системный лимит на количество общих областей, и очередной вызов

В данной статье я хочу рассмотреть всего 3 типа IPC:

Отступление: данная статья является учебной и расчитана на людей, только еще вступающих на путь системного программирования. Ее главный замысел - познакомиться с различными способами взаимодействия между процессами на POSIX-совместимой ОС.

Именованный канал

Рассмотрим передачу сообщений по именованным каналам. Схематично передача выглядит так:

Примечание: mode используется в сочетании с текущим значением umask следующим образом: (mode & ~umask) . Результатом этой операции и будет новое значение umask для создаваемого нами файла. По этой причине мы используем 0777 (S_IRWXO | S_IRWXG | S_IRWXU ), чтобы не затирать ни один бит текущей маски.

Типичные ошибки, которые могут возникнуть во время создания канала:

EACCES - нет прав на запуск (execute) в одной из директорий в пути pathname
EEXIST - файл pathname уже существует, даже если файл - символическая ссылка
ENOENT - не существует какой-либо директории, упомянутой в pathname , либо является битой ссылкой
ENOSPC - нет места для создания нового файла
ENOTDIR - одна из директорий, упомянутых в pathname , на самом деле не является таковой
EROFS - попытка создать FIFO файл на файловой системе «только-на-чтение»

Чтение и запись в созданный файл производится с помощью функций read() и write() .

Пример

mkfifo.c

Разделяемая память

Переменная oflag является побитовым «ИЛИ» следующих флагов:

O_RDONLY - открыть только с правами на чтение
O_RDWR - открыть с правами на чтение и запись
O_CREAT - если объект уже существует, то от флага никакого эффекта. Иначе, объект создается и для него выставляются права доступа в соответствии с mode.
O_EXCL - установка этого флага в сочетании с O_CREATE приведет к возврату функцией shm_open ошибки, если сегмент общей памяти уже существует.

Как задается значение параметра mode подробно описано в предыдущем параграфе «передача сообщений».

Пример

shm_open.c

Семафор

Есть два типа семафоров:

семафор со счетчиком (counting semaphore), определяющий лимит ресурсов для процессов, получающих доступ к ним
бинарный семафор (binary semaphore), имеющий два состояния «0» или «1» (чаще: «занят» или «не занят»)

Рассмотрим оба типа семафоров.

Семафор со счетчиком

Пример семафора со счетчиком

sem_open.c

Бинарный семафор

Без мьютекса не обойтись в написании, к примеру базы данных, к которой доступ могут иметь множество клиентов.

Типичные ошибки, которые могут возникнуть:

EAGAIN - недостаточно необходимых ресурсов (кроме памяти) для инициализации мьютекса
ENOMEM - недостаточно памяти
EPERM - нет прав для выполнения операции
EBUSY - попытка инициализировать мьютекс, который уже был инициализирован, но не унечтожен
EINVAL - значение mutexattr не валидно