Medziprocesová komunikácia - Rúry

Krok 1: Medziprocesová komunikácka

Príprava

Pre prácu na cvičení si stiahnite súbor k cvičeniu.

Obsah súboru:

.
└── 06
    ├──u1_1.c
    ├──u2_1.c
    ├──Makefile
    └──tests
       ├──u1_1_test.sh
       └──u2_1_test.sh

Úvod

V operačnom systéme UNIX/Linux sú všetky procesy chápané ako entity, ktoré sú nezávislé. Tieto procesy nedokážu komunikovať s inými procesmi, ktoré sú v danej chvíli spracovávané.

Medziprocesová komunikácia (IPC) umožňuje rôznym procesom navzájom komunikovať s tým, že zabezpečuje výmenu dát a synchronizáciu ich spracovania.

Existuje niekoľko prístupov medziprocesovej komunikácie:

• Signály - neposielajú sa žiadne dáta. Jedná sa len o spôsob upozornenia procesu. Signály môžu zasielať buď procesy alebo ich môže vyvolať samotné jadro.
• Rúry - najstarší komunikačný mechanizmus vo všetkých typoch UNIX-ov.
  • nepomenované rúry - umožňujú komunikovať len príbuzným procesom.
  • pomenované rúry - umozňujú komunikáciu aj procesom, ktoré nie sú príbuzné.
• Sockety - umožňujú medziprocesovú komunikáciu nielen na lokálnej úrovni v rámci toho istého hostiteľského počítača ale vďaka použitiu komplikovanejších sieťových protokolov aj procesom na rôznych hostiteľoch spôsobom klient-server.
• System V IPC - obsahuje mechanizmy komunikácie známe z komerčných implementácií UNIX/Linux-u, ako sú mechanizmy frontov správ umožňujúcich procesom zasielať formátované postupnosti dát, zdieľanej pamäte, keď procesy môžu zdieľať časti ich virtuálneho adresného priestoru a semaforov, pomocou ktorých procesy synchronizujú svoju činnosť.
  • Semafory
  • Zdieľaná pamäť
  • Fronty správ

Krok 2: Rúry

Teória

Existujú: nepomenované rúry pomenované rúry (FIFO)

Krok 3: Nepomenované rúry

Opis

Umožňujú komunikáciu medzi dvoma procesmi, ktoré musia byť vzájomne príbuzné. To znamená, že medzi nimi musí byť vzťah typu rodič-potomok aj keď sa nemusí jednať o bezprostredného potomka.

Princíp komunikácie pomocou nepomenovaných rúr

Údaje sa zapisujú na zapisovacom konci rúry a následne sú prečítané na čítacom konci. Jedná sa o sériovú komunikáciu - v takom poradí, v akom boli údaje zapísané na jednom konci sú na druhom prečítané.

Nevýhody:

• jednosmerný tok dát
• komunikácia len medzi príbuznými procesmi (vytvorené rúry zdedí každý potomok)
• jedná sa o samosynchronizujúci prostriedok ale len v prípade jedného volania jadra pre čítanie. Ak sa čítanie rozdelí na viac volaní, tak môže dochádzať ku konfliktom medzi procesmi.

Služba jadra pipe()

Rúra sa vytvorí volaním služby pipe(). Po volaní služby pipe() sa v prvom prvku poľa nachádza deskriptor pre čítanie z rúry (file[0]) a v druhom prvku deskriptor pre zápis do rúry (file[1]).

#include <unistd.h>

int pipe (int file[2]);

Príklad použitia:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define BUFSIZE 5

int main(){
    int file[2];
    int bytes;
    char data[] = "text";
    int length = strlen(data);
    char buffer[BUFSIZ + 1];
    memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));

    if(pipe(file) == 0){
        bytes = write(file[1], data, length);
        printf("Zapis %d bytov do rury.\n", bytes);
        bytes = read(file[0], buffer, BUFSIZE);
        printf("Citanie %d bytov z rury. Obsah: %s.\n", length, buffer);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    exit(EXIT_FAILURE);
}

Výstup z programu:

Zapis 4 bytov do rury.
Citanie 4 bytov z rury. Obsah: text.

Krok 4: Pomenované rúry (FIFO)

Opis

Pomenované rúry majú podobné správanie ako nepomenované ale existujú ako záznam v súborovom systéme. Vďaka tomu vedia k ním prístupovať procesy na základe mena tohto súboru.

FIFO musí byť otvorené na oboch koncoch (zápis aj čítanie) predtým než môže odovzdávať dáta. V prípade, že nie je, tak je blokované.

Služba jadra mkfifo()

Služba jadra mkfifo() slúži na vytvorenie pomenovanej rúry.

#include <sys/type.h>
#include <sys/stat.h>

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

Aplikovanie poznatkov k službe mkfifo()

Príklad použitia:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main(){
    int des_fifo;
    des_fifo = mkfifo("/tmp/my_fifo", 0777);
    printf("Hodnota premennej des_fifo je %d\n", des_fifo);
    if(des_fifo==0){
        printf("Uspesne sa podarilo vytvorit FIFO.\n");
    } 
    else{
        perror("Chyba:");
    } 
   return 0;
}

Výstup z programu:

des_fifo je 0
Uspesne sa podarilo vytvorit FIFO

Záznam o vytvorení rúry sa dá nájsť pomocou:

ls -lF /tmp/my_fifo

Výpis vyzerá priblížne takto: (u každého sa bude líšiť)

prwxr-xr-x 1 ab123yz tuke 0 Jan 10 10:10 /tmp/my_fifo|

Na začiatku výpisu sa nachádza písmeno p. To znamená, že sa jedná o rúru. Symbol | na konci sa nachádza kvôli voľbe F príkazu ls a tiež označuje rúru.

des_fifo je -1
Chyba:: File exists

Vytvorenú rúru je možné odstrániť pomocou služby jadra unlink(). V prípade, aký bol uvedený v príklade použitia, je potrebné zadať:

unlink /tmp/my_fifo

Ďalšie poznatky k rúram

Prístup k pomenovanej rúre

Pomenované rúry sú súčasťou súborového systému. Vďaka tomu je možné ich používať v príkazoch na mieste, kde sa bežne používa názov súboru.

Rozdiel medzi nepomenovanou a pomenovanou rúrou

Pomenovaná rúra sa otvára/zatvára rovnakými funkciami open()/close(), ktoré boli použité pri otváraní/zatváraní súborov.

Záverečná úloha