UNIX: взаимодействие процессов

Отображенные в память файлы обрабатываются при вызове fork специфическим образом в том смысле, что созданные родительским процессом отображения наследуются дочерним процессом. Следовательно, открыв файл и вызвав mmap с флагом MAP_SHARED, мы получили область памяти, совместно используемую родительским и дочерним процессами. Более того, поскольку эта общая область на самом деле представляет собой отображенный файл, все изменения, вносимые в нее (область памяти, на которую указывает ptr, — размером sizeof (int)), также действуют и на содержимое реального файла (имя которого было указано в командной строке).

Запустив эту программу на выполнение, мы увидим, что память, на которую указывает ptr, действительно используется совместно родительским и дочерним процессами. Приведем значения счетчика перед переключением процессов:

solaris % incr2 /tmp/temp.110000

child: 0     запускается дочерний процесс

child: 1

…

child: 128

child: 129

parent: 130  дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс

parent: 131

…

parent: 636

parent: 637

child: 638   родительский процесс приостанавливается, запускается дочерний процесс

child: 639

…

child: 1517

child: 1518

parent: 1519 дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс

parent: 1520

…

parent: 19999 последняя строка вывода

solaris % od –D /tmp/temp.1

0000000 0000020000

0000004

Поскольку использовалось отображение файла в память, мы можем взглянуть на его содержимое с помощью программы od и увидеть, что окончательное значение счетчика (20000) действительно было сохранено в файле.

На рис. 12.6 изображена схема, отличающаяся от рис. 12.4. Здесь используется разделяемая память и показано, что семафор также используется совместно. Семафор мы изобразили размещенным в ядре, но для семафоров Posix это не обязательно. В зависимости от реализации семафор может обладать различной живучестью, но она должна быть по крайней мере не меньше живучести ядра. Семафор может быть реализован также через отображение файла в память, что мы продемонстрировали в разделе 10.15. 

Рис. 12.6. Родительский и дочерний процессы используют разделяемую память и общий семафор 

Мы показали, что у родительского и дочернего процессов имеются собственные копии указателя ptr, но обе копии указывают на одну и ту же область памяти — счетчик, увеличиваемый обоими процессами.

Изменим программу в листинге 12.2 так, чтобы использовались семафоры Posix, размещаемые в памяти (вместо именованных). Разместим такой семафор в разделяемой области памяти. Новая программа приведена в листинге 12.3.

Листинг 12.3. Счетчик и семафор размещены в разделяемой памяти

//shm/incr3.c

1  #include "unpipc.h"

2  struct shared {

3   sem_t mutex; /* взаимное исключение: семафор, размещаемый в памяти */

4   int count; /* и счетчик */

5  } shared;

6  int

7  main(int argc, char **argv)

8  {

9   int fd, i, nloop;

10  struct shared *ptr;

11  if (argc != 3)

12   err_quit("usage: incr3 <#loops>");

13  nloop = atoi(argv[2]);

14  /* открываем файл, инициализируем нулем, отображаем в память */

15  fd = Open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE);

16  Write(fd, &shared, sizeof(struct shared));

17  ptr = Mmap(NULL, sizeof(struct shared), PROT_READ | PROT_WRITE,

18   MAP_SHARED, fd, 0);

19  Close(fd);

20  /* инициализация семафора, совместно используемого процессами */

21  Sem_init(&ptr->mutex, 1, 1);

22  setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */

23  if (Fork() == 0) { /* дочерний процесс */

24   for (i = 0; i < nloop; i++) {

25    Sem_wait(&ptr->mutex);

26    printf("child: %d\n", ptr->count++);

27    Sem_post(&ptr->mutex);

28   }

29   exit(0);

30  }