определенные данные, а затем вызывает либо функцию Send(), либо
библиотечную подпрограмму, после чего ожидает, когда они закончат
выполнение. В обоих случаях код, реализующий запрашиваемую услугу,
выполняется между двумя четко определенными точками - Receive() и
Reply() для процесса-сервера, входом в подпрограмму и командой
return для вызова библиотечной подпрограммы. Когда вызываемая
сервисная программа завершена, ваша программа "знает", куда помещены
результаты, и может приступить к проверке возвращенного кода ошибки,
обработке результатов и так далее.
Несмотря на такую кажущуюся простоту, вызов функции Send()
делает гораздо больше, чем простой вызов библиотечной подпрограммы.
Функция Send() может прозрачно для вызывающей программы передать
запрос на другой узел сети, где и будет в действительности выполняться
обслуживающий запрос код. При этом также может быть задействована
параллельная обработка данных без издержек на создание нового
процесса. Процесс-сервер может сразу, как только станет возможным,
вызвать функцию Reply(), позволяя тем самым запрашивавшему процессу
возобновить выполнение и, в то же время, продолжить выполнение самому.
одновременно ожидают своей обработки одним и тем же принимающим
процессом. Как правило, принимающий процесс получает сообщение в том
же порядке, в каком они были посланы другими процессами; однако
принимающий процесс может установить очередность получения сообщений
на основе приоритетов посылающих процессов.
Сервер получил сообщение от клиента A и клиента B (но еще не
ответил им). Сообщения от клиентов C, D, E еще не получены.
QNX также предоставляет следующие дополнительные возможности по
передаче сообщений:
- условный прием сообщений;
- чтение или запись части сообщений;
- составные сообщения (сообщения, состоящие из нескольких частей).
Условный прием сообщений
Обычно, когда процесс хочет принять сообщение, он вызывает
функцию Receive() для ожидания прихода сообщения. Это обычный
способ получения сообщений, который пригоден в большинстве случаев.
Однако возможна ситуация, когда процессу необходимо определить,
имеются ли ожидающие приема сообщения, не попадая при этом в состояние
RECEIVE-блокирован в случае их отсутствия. Например, процессу
требуется опрашивать работающее с высокой скоростью устройство,
которое не способно генерировать прерывание, и в то же время он должен
отвечать на сообщения от других процессов. В этом случае процесс может
использовать функцию Creceive(), которая либо прочитает ожидающее
приема сообщение, либо немедленно вернет управление процессу в случае
отсутствия ожидающих приема сообщений.
 | Следует по возможности избегать использования функции Creceive(), т.к. она позволяет процессу непрерывно выполняться с неизменяющимся уровнем приоритета. |
Чтение или запись части сообщения
Иногда желательно читать или записывать сообщения по частям с
тем, чтобы использовать уже выделенный для сообщения буфер вместо
выделения отдельного рабочего буфера.
Например, менеджер ввода/вывода может принимать данные в виде
сообщений, которые состоят из заголовка фиксированной длины и
следующих за ним данных переменной длины. В заголовке указывается
размер данных (от 0 до 64 Кбайт). В этом случае менеджер
ввода/вывода может сначала принять только заголовок сообщения, а затем
использовать функцию Readmsg() для чтения данных переменной длины
непосредственно в соответствующий буфер вывода. Если размер данных
превышает размер буфера, то менеджер может неоднократно вызывать
функцию Readmsg() по мере освобождения буфера вывода. Аналогичным
образом, функция Writemsg() может быть использована для поэтапного
копирования данных в выделенный для ответного сообщения буфер
непосредственно в теле процесса, пославшего сообщение, уменьшая, таким
образом, потребность менеджера ввода/вывода в выделении внутренних
буферов.
Составные сообщения
До сих пор мы рассматривали сообщения как непрерывную
последовательность байт. Однако сообщения часто состоят из двух или
более отдельных частей. Например, сообщение может иметь заголовок
фиксированной длины, за которым следуют данные переменной длины. Для
того чтобы избежать копирования частей такого сообщения во временные
промежуточные буферы при передаче или приеме, может быть использовано
составное сообщение, состоящее из двух или более отдельных буферов
сообщений. Именно благодаря этой возможности менеджеры ввода/вывода
QNX, такие как Dev и Fsys, достигают своей высокой
производительности.
Следующие функции позволяют обрабатывать составные сообщения:
- Creceivemx()
- Readmsgmx();
- Receivemx();
- Replymx();
- Sendmx();
- Writemsgmx().
Составные сообщения могут быть описаны с помощьюqqqЏ0 специальной mx
структуры. Микроядро объединяет части такого сообщения в единый
непрерывный поток данных.
Зарезервированные коды сообщений
QNX начинает все сообщения с 16-ти битного слова, называемого
кодом сообщения. Заметим, однако, что это не является
обязательным для вас требованием при написании собственных программ.
QNX использует коды сообщений в следующих диапазонах:
| Зарезервированный диапазон: | Описание: |
|---|---|
| 0x0000 - 0x00FF | Сообщения Менеджера процессов |
| 0x0100 - 0x01FF | Сообщения ввода/вывода (общие для всех серверов ввода/вывода) |
| 0x0200 - 0x02FF | Сообщения Менеджера файловой системы |
| 0x0300 - 0x03FF | Сообщения Менеджера устройств |
| 0x0400 - 0x04FF | Сообщения Менеджера сети |
| 0x0500 - 0x0FFF | Зарезервированы для будущих системных процессов QNX |
IPC посредством прокси
Прокси - это форма неблокирующего сообщения, особенно
подходящего для извещения о наступлении события, когда посылающий процесс
не нуждается в диалоге с получателем. Единственная функция прокси состоит
в посылке фиксированного сообщения определенному процессу, который
является владельцем прокси. Подобно сообщениям, прокси могут быть
использованы в пределах всей сети.
Используя прокси, процесс или обработчик прерывания может послать
сообщение другому процессу, не блокируясь и не ожидая ответа.
Вот некоторые примеры использования прокси:
- процесс желает известить другой процесс о наступлении
какого-либо события, но при этом не может позволить себе посылку
сообщения (в этом случае он оставался бы блокированным до тех
пор, пока получатель не вызовет Receive() и Reply());
- процесс хочет послать данные другому процессу, но при этом
ему не требуется ни ответа, ни какого-либо другого подтверждения того,
что адресат (получатель) получил сообщение;
- обработчик прерывания хочет известить процесс о поступлении
новых данных.
Для создания прокси используется функция языка Си
qnx_proxy_attach(). Любой другой процесс или обработчик прерывания,
которому известен идентификатор прокси, может воспользоваться функцией
языка Си Trigger() для того, чтобы заставить прокси передать
заранее заданное сообщение. Запрос Trigger() обрабатывается
Микроядром.
Прокси может быть "запущено" неоднократно - каждый раз при этом
оно посылает сообщение. Прокси может накапливать очередь длиной до
65535 сообщений.
Процесс-клиент запускает прокси 3 раза, в результате чего сервер
получает 3 "консервированных" сообщения от прокси.
IPC посредством сигналов
Сигналы являются традиционным способом асинхронной связи, которая
используется в течение многих лет в различных операционных системах.
QNX поддерживает большой набор сигналов, соответствующих стандарту
POSIX, кроме того, сигналы, исторически присущие некоторым UNIX-системам,
и ряд сигналов, уникальных для QNX.
Считается, что сигнал доставлен процессу тогда, когда выполняется
определенное в процессе для данного сигнала действие. Процесс может
посылать сигнал самому себе.
| Если вы хотите: | Используйте: |
|---|---|
| Породить сигнал из командной строки | Утилиты: kill и slay |
| Породить сигнал внутри процесса | Функции Си: kill() и raise() |
Процесс может принять сигнал одним из трех способов, в
зависимости от того, как в процессе определена обработка сигналов:
- если процесс не определил никаких специальных мер по обработке
сигнала, то выполняется предусмотренное для сигнала действие по
умолчанию - обычно таким действием по умолчанию является завершение
работы процесса;
- процесс может игнорировать сигнал. Если процесс игнорирует
сигнал, то сигнал не оказывает на процесс никакого воздействия
(учтите, что SIGCONT, SIGSTOP и SIGKILL не могут быть игнорированы в
обычных обстоятельствах);
- процесс может предусмотреть обработчик сигнала - функцию,
которая будет вызываться при приеме сигнала. Если процесс содержит
обработчик для какого-либо сигнала, говорят, что процесс может
"поймать" этот сигнал. Любой процесс, который "ловит" сигнал,
фактически получает особый вид программного прерывания. Никакие данные
с сигналом не передаются.
В промежутке времени между моментом, когда сигнал
порожден, и моментом, когда он доставлен, сигнал называется ожидающим.
Для процесса ожидающими одновременно могут быть несколько различных
сигналов. Сигналы доставляются процессу, когда планировщик ядра
делает этот процесс готовым к выполнению. Процесс не должен строить
никаких предположений относительно порядка, в котором будут
доставлены ожидающие сигналы.
| Сигнал: | Описание: |
|---|---|
| SIGABRT | Сигнал ненормального завершения, порождается функцией abort(). |
| SIGALRM | Сигнал тайм-аута, порождается функцией alarm(). |
| SIGBUS | Указывает на ошибку контроля четности оперативной памяти (особая для QNX интерпретация). Если во время выполнения обработчика данного сигнала произойдет вторая такая ошибка, то процесс будет завершен. |
| SIGCHLD | Завершение порожденного процесса. Действие по умолчанию - игнорировать сигнал. |
| SIGCONT | Если процесс в состоянии HELD, то продолжить выполнение. Действие по умолчанию - игнорировать сигнал, если процесс не в состоянии HELD. |
| SIGDEV | Генерируется, когда в Менеджере устройств происходит важное и запрошенное событие. |
| SIGFPE | Ошибочная арифметическая операция (целочисленная или с плавающей запятой), например, деление на ноль или операция, вызвавшая переполнение. Если во время выполнения обработчика данного сигнала произойдет вторая такая ошибка, то процесс будет завершен. |
| SIGHUP | Гибель процесса, который был ведущим сеанса, или зависание управляющего терминала. |
| SIGILL | Обнаружение недопустимой аппаратной команды. Если во время выполнения обработчика данного сигнала произойдет вторая такая ошибка, то процесс будет завершен. |
| SIGINT | Интерактивный сигнал "внимание" (Break) |
| SIGKILL | Сигнал завершения - должен быть использован только в экстренных ситуациях. Этот сигнал не может быть "пойман" или игнорирован. Сервер может защитить себя от этого сигнала посредством функции языка Си qnx_pflags(). Для этого сервер должен иметь статус привилегированного пользователя. |
| SIGPIPE | Попытка записи в программный канал, который не открыт для чтения. |
| SIGPWR | Перезапуск компьютера в результате нажатия Ctrl-Alt-Shift-Del или вызова утилиты shutdown. |
| SIGQUIT | Интерактивный сигнал завершения. |
| SIGSEGV | Обнаружение недопустимой ссылки на оперативную память. Если во время выполнения обработчика данного сигнала произойдет вторая такая ошибка, то процесс будет завершен. |
| SIGSTOP | Сигнал приостановки выполнения (HOLD) процесса. Действие по умолчанию - приостановить процесс. Сервер может защитить себя от этого сигнала посредством функции языка Си qnx_pflags(). Для этого сервер должен иметь статус привилегированного пользователя. |
| SIGTERM | Сигнал завершения. |
| SIGTSTP | Не поддерживается QNX. |
| SIGTTIN | Не поддерживается QNX. |
| SIGTTOU | Не поддерживается QNX. |
| SIGUSR1 | Зарезервирован как определяемый приложением сигнал 1. |
| SIGUSR2 | Зарезервирован как определяемый приложением сигнал 2. |
| SIGWINCH | Изменился размер окна. |
Управление обработкой сигналов
Чтобы задать желаемый способ обработки для каждого из сигналов,
вы можете использовать функции языка Си signal() стандарта
ANSI или sigaction() стандарта POSIX.
Функция sigaction() предоставляет большие возможности по
управлению обработкой сигналов.
Вы можете изменить способ обработки сигнала в любой момент
времени. Если вы укажете, что сигнал данного типа должен
игнорироваться, то все ждущие сигналы такого типа будут немедленно
отброшены.
Некоторые специальные замечания касаются процессов, которые ловят
сигналы посредством обработчиков сигналов.
Вызов обработчика сигнала аналогичен программному прерыванию. Он
выполняется асинхронно по отношению к остальной части процесса. Таким
образом, существует вероятность того, что обработчик сигнала будет
вызван во время выполнения любой из имеющихся в программе функций
(включая библиотечные функции).
Если в вашей программе не предусмотрен возврат из обработчика
сигнала, то могут быть использованы функции siglongjmp() либо
longjmp() языка Си, однако, функция siglongjmp()
предпочтительнее. При использовании функции longjmp() сигнал
остается блокированным.
Иногда может возникнуть необходимость временно запретить
получение сигнала, не изменяя метод его обработки. QNX предоставляет
набор функций, которые позволяют блокировать получение сигналов.
Блокированный сигнал остается ожидающим; после разблокирования он будет
доставлен вашей программе.
Пока ваша программа выполняет обработчик сигнала для
определенного типа сигнала, QNX автоматически блокирует этот сигнал.
Это означает, что нет необходимости заботиться о вложенных вызовах
обработчика сигнала. Каждый вызов обработчика сигнала - это неделимая
операция по отношению к доставке следующих сигналов этого типа. Если
ваш процесс выполняет нормальный возврат из обработчика, сигнал
автоматически разблокируется.
| Реализация обработчиков сигналов в некоторых UNIX системах отличается тем, что при получении сигналов они не блокируют его, а устанавливают действие по умолчанию. В результате некоторые UNIX приложения вызывают функцию signal() изнутри обработчика сигналов, чтобы подготовить обработчик к следующему вызову. Такой способ имеет два недостатка. Во-первых, если следующий сигнал поступает, когда ваша программа уже выполняет обработчик сигнала, но еще не вызвала функцию signal(), то программа может быть завершена. Во-вторых, если сигнал поступает сразу после вызова функции signal() в обработчике, то возможен рекурсивный вход в обработчик сигнала. QNX поддерживает блокирование сигналов и, таким образом, не страдает ни от одного из этих недостатков. Вам не нужно вызывать функцию signal() изнутри обработчика сигналов. Если вы покидаете обработчик через дальний переход (long jump), вам следует использовать функцию siglongjmp(). |
Существует важное взаимодействие между сигналами и сообщениями.
Если ваш процесс SEND-блокирован или RECEIVE-блокирован в момент
получения сигнала, и вы предусмотрели обработчик сигнала, происходят
следующие действия:
- Процесс разблокируется;
- Выполняется обработка сигнала;
- Функция Send() или Receive() возвратит код ошибки.
Если процесс был SEND-блокирован в момент получения сигнала, то
проблемы не возникает, потому что получатель еще не получил сообщение.
Но если процесс был RECEIVE-блокирован, то вы не узнаете, было ли
обработано посланное им сообщение и, следовательно, не будете знать,
следует ли повторять Send().
Процесс, играющий роль сервера (т.е. получающий сообщения),
может запросить, чтобы он получал извещение всякий раз, когда его
процесс-клиент получает сигнал, находясь в состоянии
REPLY-блокирован. В этом случае клиент становится SIGNAL-блокированным
с ожидающим сигналом. Сервер получает специальные сообщения, описывающие
тип сигнала. Сервер может затем выбрать один из следующих вариантов:
- закончить выполнение запроса от клиента нормальным образом:
клиент (процесс-отправитель) будет уведомлен, что его сообщение было
обработано должным образом
ИЛИ
- освободить используемые ресурсы и возвратить код ошибки,
указывающий, что процесс был разблокирован сигналом: клиент получит
четкий признак ошибки.
Когда сервер отвечает процессу, который был SIGNAL-блокирован,
то сигнал выдается непосредственно после возврата из функции
Send(), вызванной клиентом (процессом-отправителем).
IPC в сети
Приложение в QNX может общаться с процессом на другом компьютере
сети точно так же, как если бы оно общалось с другим процессом на том
же самом компьютере. Кстати говоря, с точки зрения приложения нет
различия между локальным и удаленным ресурсом.
Такая замечательная степень прозрачности становится возможна
благодаря виртуальным каналам (от английского virtual
circuit, сокращенно VC). VC - это пути, которые Менеджер сети
предоставляет для передачи сообщений, прокси и сигналов по сети.
VC способствуют эффективному использованию QNX-сети в целом по
нескольким причинам:
- Когда создается VC, он получает возможность обрабатывать
сообщения вплоть до определенного размера; это означает, что вы можете
предварительно выделить ресурс для обработки сообщения. Тем не менее,
если вам необходимо послать сообщение, превышающее заданный
максимальный размер, VC автоматически увеличивает размер буфера.
- Если два процесса, располагающиеся на различных узлах сети,
используют для связи друг с другом более чем один VC, то такие VC
будут разделяемыми, так как между процессами будет реально
существовать только один виртуальный канал. Такая ситуация обычно
имеет место, когда процесс использует несколько файлов на удаленной
файловой системе.
- Если процесс присоединяется к существующему разделяемому VC и
запрашивает буфер большего размера, чем тот, который используется, то
размер буфера автоматически увеличивается.
- Когда процесс завершает выполнение, все связанные с ним VC
автоматически освобождаются.
Процесс-отправитель отвечает за подготовку VC между собой и тем
процессом, с которым он хочет установить связь. С этой целью
процесс-отправитель обычно вызывает функцию qnx_vc_attach().
Кроме создания VC, эта функция также создает на каждом конце канала
виртуальный идентификатор процесса, сокращенно VID. Для каждого из процессов,
VID на противоположном конце виртуального канала является идентификатором
удаленного процесса, с которым он устанавливает связь. Процессы поддерживают
связь друг с другом посредством этих VID.
Например, на следующем рисунке виртуальный канал соединяет PID
1 и PID 2. На узле 20 - где находится PID 1 - VID представляет PID 2.
На узле 40 - где находится PID 2 - VID представляет PID 1. И PID 1 и
PID 2 могут обращаться к VID на своем узле так же, как к любому другому
локальному процессу, посылая сообщения, принимая сообщения, поставляя
сигналы, ожидая и т.д. Так, например, PID 1 может послать сообщение
VID на своем конце, и этот VID передаст сообщение по сети к VID,
представляющему PID 1 на другом конце. Этот VID затем отправит
сообщение к PID 2.
Связь по сети реализуется посредством виртуальных каналов.
Когда PID 1 посылает данные VID 2, посланный запрос передается
по виртуальному каналу, в результате VID 1 направляет данные PID 2.
Каждый VID поддерживает соединение, которое имеет следующие атрибуты:
- локальный pid;
- удаленный pid;
- удаленный nid (ID узла);
- удаленный vid.
Возможно, вам не придется часто иметь дело непосредственно с VC.
Так, например, когда приложение хочет получить доступ к ресурсу
ввода/вывода на другом узле сети, то VC создается библиотечной
функцией open() от имени приложения. Приложение не принимает
непосредственного участия в создании или использовании VC. Аналогичным
образом, когда приложение определяет местонахождение сервера с помощью
функции qnx_name_locate(), то VC автоматически создается от имени
приложения. Для приложения VC просто является PID сервера.
Для более подробной информации о функции qnx_name_locate()
смотрите описание "Символические имена
процессов в главе "Менеджер процессов".
Виртуальное прокси позволяет посылать прокси с удаленного узла,
подобно тому, как виртуальный канал позволяет процессу обмениваться
сообщениями с удаленным узлом.
В отличие от виртуального канала, который связывает вместе два
процесса, виртуальный прокси может быть послан любым процессом на
удаленном узле.
Виртуальные прокси создаются функцией qnx_proxy_rem_attach(),
которой в качестве аргументов передаются узел (nid_t) и прокси
(pid_t).
На удаленном узле создается виртуальный прокси, который ссылается
на локальный прокси.
Имейте в виду, что на вызывающем узле виртуальный канал создается
автоматически посредством функции qnx_proxy_rem_attach().
Отключение виртуальных каналов
Процесс может утратить возможность связи по установленному VC в
результате различных причин:
- произошло отключение питания компьютера, на котором выполнялся процесс;
- был отсоединен сетевой кабель компьютера;
- удаленный процесс, с которым была установлена связь, завершил
выполнение.
Любая из этих причин может помешать передаче сообщений по VC.
Необходимо выявлять такие ситуации с тем, чтобы приложения могли
предпринять корректирующие действия, либо корректно завершить свое
выполнение. Если это не будет сделано, то ценные ресурсы могут
оставаться без необходимости постоянно занятыми.
Менеджер процессов на каждом узле проверяет целостность VC на
своем узле. Он делает это следующим образом:
- Каждый раз, когда происходит успешная передача по VC,
обновляется временная метка, связанная с данным VC, в
соответствии со временем последней операции.
- Через определенные промежутки времени Менеджер процессов
проверяет каждый VC. Если не было зафиксировано никаких операций, то
Менеджер процессов посылает проверочный пакет Менеджеру процессов на
другом конце VC.
- Если ответ не получен или выявлен сбой, то VC помечается как
неисправный. Затем делается определенное количество попыток
восстановить соединение.
- Если эти попытки не дают результата, то VC демонтируется; все
процессы, блокированные VC, переходят в состояние READY (готов).
Процесс получает код ошибки, возвращаемой ранее вызванной функцией
связи.
Для установки параметров, связанных с данной проверкой
целостности VC, используйте утилиту netpoll.
IPC посредством семафоров
Другой распространенной формой синхронизации процессов являются
семафоры. Операции "сигнализации" (sem_post()) и "ожидания"
(sem_wait()) позволяют управлять выполнением процессов,
переводя их в состояние ожидания либо выводя из него. Операция
сигнализации увеличивает значение семафора на единицу, а операция
ожидания уменьшает его на единицу.
При положительном значении семафора, при выполнении операции
ожидания, процесс не блокируется. В противном случае операция ожидания
блокирует процесс до тех пор, пока какой-либо другой процесс не
выполнит операцию сигнализации. Допускается выполнение операции
сигнализации один или более раз перед выполнением операции ожидания -
это позволит одному или нескольким процессам выполнить операцию
ожидания, не блокируясь.
Важное отличие между семафорами и другими примитивами
синхронизации заключается в том, что семафоры "асинхронно безопасны" и
могут использоваться обработчиками сигналов. Если требуется, чтобы
обработчик сигнала выводил процесс из состояния ожидания, то семафоры
являются правильным выбором.
Диспетчеризация процессов
Когда принимаются решения по диспетчеризации
Планировщик Микроядра принимает решение по диспетчеризации:
- после разблокировки процесса;
- по истечении временного интервала (кванта) для выполняющегося процесса;
- когда прерывается текущий процесс.
В QNX каждому из процессов присваивается приоритет. Планировщик
выбирает для выполнения следующий процесс, находящийся в состоянии READY,
в соответствии с его приоритетом. (Программа в состоянии READY -