Функция sem_open

Функция sem_open

В листинге 10.28 приведен текст первой части функции sem_open, которая может использоваться для создания нового семафора или открытия существующего.

Листинг 10.28. Функция sem_open: первая половина

//my_pxsem_mmap/sem_open.с

1  #include "unpipc.h"

2  #include "semaphore.h"

3  #include <stdarg.h> /* для списков аргументов переменной длины */

4  #define MAX_TRIES 10 /* количество попыток инициализации */

5  mysem_t *

6  mysem_open(const char *pathname, int oflag, …)

7  {

8   int fd, i, created, save_errno;

9   mode_t mode;

10  va_list ap;

11  mysem_t *sem, seminit;

12  struct stat statbuff;

13  unsigned int value;

14  pthread_mutexattr_t mattr;

15  pthread_condattr_t cattr;

16  created = 0;

17  sem = MAP_FAILED; /* [sic] */

18 again:

19  if (oflag & O_CREAT) {

20   va_start(ap, oflag); /* ар инициализируется последним явно указанным аргументом */

21   mode = va_arg(ap, va_mode_t) & ~S_IXUSR;

22   value = va_arg(ap, unsigned int);

23   va_end(ap);

24   /* открываем с указанием флага O_EXCL и установкой бита user-execute */

25   fd = open(pathname, oflag | O_EXCL | O_RDWR, mode | S_IXUSR);

26   if (fd < 0) {

27    if (errno == EEXIST && (oflag & O_EXCL) == 0)

28     goto exists; /* уже существует. OK */

29    else

30     return(SEM_FAILED);

31   }

32   created = 1;

33   /* кто создает файл, тот его и инициализирует */

34   /* установка размера файла */

35   bzero(&seminit, sizeof(seminit));

36   if (write(fd, &seminit, sizeof(seminit)) != sizeof(seminit))

37    goto err;

38   /* отображение файла в память */

39   sem = mmap(NULL, sizeof(mysem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,

40    MAP_SHARED, fd, 0);

41   if (sem == MAP_FAILED)

42    goto err;

43   /* инициализация взаимного исключения, условной переменной, значения семафора */

44   if ((i = pthread_mutexattr_init(&mattr)) != 0)

45    goto pthreaderr;

46   pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

47   i = pthread_mutex_init(&sem->sem_mutex, &mattr);

48   pthread_mutexattr_destroy(&mattr); /* не забыть удалить */

49   if (i != 0)

50    goto pthreaderr;

51   if ((i = pthread_condattr_init(&cattr)) != 0)

52    goto pthreaderr;

53   pthread_condattr_setpshared(&cattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

54   i = pthread_cond_init(&sem->sem_cond, &cattr);

55   pthread_condattr_destroy(&cattr); /* не забыть удалить */

56   if (i != 0)

57    goto pthreaderr;

58   if ((sem->sem_count = value) > sysconf(_SC_SEM_VALUE_MAX)) {

59    errno = EINVAL;

60    goto err;

61   }

62   /* инициализация завершена, снимаем бит user-execute */

63   if (fchmod(fd, mode) == –1)

64    goto err;

65   close(fd);

66   sem->sem_magic = SEM_MAGIC;

67   return(sem);

68  }

Работа со списком аргументов переменной длины

19-23 Если при вызове функции указан флаг O_CREAT, мы должны принять четыре аргумента, а не два. Работа со списком аргументов переменной длины с помощью типа va_mode_t уже обсуждалась в связи с листингом 5.17, где мы использовали метод, аналогичный примененному здесь. Мы сбрасываем бит user-execute переменной mode (S_IXUSR) по причинам, которые вскоре будут раскрыты. Создается файл с указанным именем, и для него устанавливается бит user-execute.

Создание нового семафора и обработка потенциальной ситуации гонок

24-32 Если бы при указании флага O_CREAT мы просто открывали файл, отображали в память его содержимое и инициализировали поля структуры sem_t, у нас возникла бы ситуация гонок. Эта ситуация также уже обсуждалась в связи с листингом 5.17, и там мы воспользовались тем же методом, что и сейчас. Такая же ситуация гонок встретится нам, когда мы будем разбираться с листингом 10.37.

Установка размера файла

33-37 Мы устанавливаем размер созданного файла, записывая в него заполненную нулями структуру. Поскольку мы знаем, что только что созданный файл имеет размер 0, для установки его размера мы вызываем именно write, но не ftruncate, потому что, как мы отмечаем в разделе 13.3, Posix не гарантирует, что ftruncate срабатывает при увеличении размера обычных файлов. 

Отображение содержимого файла в память

38-42 Файл отображается в память вызовом mmap. Этот файл будет содержать текущее значение структуры типа sem_t, хотя, поскольку мы только что отобразили файл в память, мы обращаемся к нему через указатель, возвращаемый mmap, и никогда не вызываем read или write.

Инициализация структуры sem_t

43-57 Мы инициализируем три поля структуры sem_t: взаимное исключение, условную переменную и значение семафора. Поскольку именованный семафор Posix может совместно использоваться всеми процессами с соответствующими правами, которым известно его имя, при инициализации взаимного исключения и условной переменной необходимо указать атрибут PTHREAD_PROCESS_SHARED. Чтобы осуществить это для взаимного исключения, нужно сначала проинициализировать атрибуты, вызвав pthread_mutexattr_init, затем установить атрибут совместного использования потоками, вызвав pthread_mutexattr_setpshared, а затем проинициализировать взаимное исключение вызовом pthread_mutex_init. Аналогичные действия придется выполнить и для условной переменной. Необходимо аккуратно уничтожать переменные, в которых хранятся атрибуты, при возникновении ошибок.

Инициализация значения семафора

58-61 Наконец мы помещаем в файл начальное значение семафора. Предварительно мы сравниваем его с максимально разрешенным значением семафора, которое может быть получено вызовом sysconf (раздел 10.13).

Сброс бита user-execute

62-67 После инициализации семафора мы сбрасываем бит user-execute. Это указывает на то, что семафор был успешно проинициализирован. Затем мы закрываем файл вызовом close, поскольку он уже был отображен в память и нам не нужно держать его открытым.

В листинге 10.29 приведен текст второй половины функции sem_open. Здесь возникает ситуация гонок, обрабатываемая так же, как уже обсуждавшаяся в связи с листингом 5.19.

Листинг 10.29. Функция sem_open: вторая половина

//my_pxsem_mmap/sem_open.с

69  exists:

70   if ((fd = open(pathname, O_RDWR)) < 0) {

71    if (errno == ENOENT && (oflag & O_CREAT))

72     goto again;

73    goto err;

74   }

75   sem = mmap(NULL, sizeof(mysem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,

76    MAP_SHARED, fd, 0);

77   if (sem == MAP_FAILED)

78    goto err;

79   /* удостоверимся, что инициализация завершена */

80   for (i = 0; i < MAX TRIES; i++) {

81    if (stat(pathname, &statbuff) == –1) {

82     if (errno == ENOENT && (oflag & O_CREAT)) {

83      close(fd);

84      goto again;

85     }

86     goto err;

87    }

88    if ((statbuff.st_mode & S_IXUSR) == 0) {

89     close(fd);

90     sem->sem_magic = SEM_MAGIC;

91     return(sem);

92    }

93    sleep(1);

94   }

95   errno = ETIMEDOUT;

96   goto err;

97  pthreaderr:

98   errno = i;

99  err:

100  /* не даем вызовам unlink и munmap изменить код errno */

101  save_errno = errno;

102  if (created)

103   unlink(pathname);

104  if (sem != MAP_FAILED)

105   munmap(sem, sizeof(mysem_t));

106  close(fd);

107  errno = save_errno;

108  return(SEM_FAILED);

109 }

Открытие существующего семафора

69-78 Здесь мы завершаем нашу работу, если либо не указан флаг O_CREAT, либо он указан, но семафор уже существует. В том и в другом случае мы открываем существующий семафор. Мы открываем файл вызовом open для чтения и записи, а затем отображаем его содержимое в адресное пространство процесса вызовом mmap.

ПРИМЕЧАНИЕ

Теперь легко понять, почему в Posix.1 сказано, что «обращение к копиям семафора приводит к неопределенным результатам». Если именованный семафор реализован через отображение файла в память, он отображается в адресное пространство всех процессов, в которых он открыт. Это осуществляется функцией sem_open для каждого процесса в отдельности. Изменения, сделанные одним процессом (например, изменение счетчика семафора), становятся доступны другим процессам через отображение в память. Если мы сделаем свою собственную копию структуры sem_t, она уже не будет общей для всех процессов. Хотя нам и может показаться, что вызовы срабатывают (функции для работы с семафором не будут возвращать ошибок, по крайней мере до вызова sem_close, которая не сможет отключить отображение для копии отображенного файла), с другими процессами мы при этом взаимодействовать не сможем. Однако заметьте (табл. 1.4), что области памяти с отображаемыми файлами передаются дочерним процессам при вызове fork, поэтому создание копии семафора ядром при порождении нового процесса проблем не вызовет. 

Удостоверимся, что семафор проинициализирован

79-96 Мы должны подождать, пока семафор не будет проинициализирован (если несколько потоков пытаются создать семафор приблизительно одновременно). Для этого мы вызываем stat и проверяем биты разрешений файла (поле st_mode структуры stat). Если бит user-execute снят, структура успешно проинициализирована.

Возврат кодов ошибок

97-108 При возникновении ошибки нужно аккуратно вернуть ее код.